JP2023016456A - ozone generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エキシマランプの真空紫外線を使ってオゾンを発生するオゾン発生装置に関する。 The present invention relates to an ozone generator that uses vacuum ultraviolet rays from an excimer lamp to generate ozone.
特許文献1は、エキシマランプの真空紫外線を利用してオゾンを発生するオゾン発生装置を開示する。このオゾン発生装置では、酸素含有気体が平行な層流で一方向に流れる空間内に、中心軸を層流に対して垂直にしたエキシマランプの柱状の管部を配置し、管部から径方向に照射される光により酸素からオゾンを生成している。 Patent Literature 1 discloses an ozone generator that generates ozone using vacuum ultraviolet rays from an excimer lamp. In this ozone generator, a columnar tube of an excimer lamp having a central axis perpendicular to the laminar flow is placed in a space in which an oxygen-containing gas flows in parallel laminar flow in one direction. Ozone is generated from oxygen by the light irradiated to the
特許文献1のオゾン発生装置は、さらに、層流の流れ方向に管部の下流側を覆う反射部と、反射部の下流側に連設する隣接体とを備えている。反射部は、管部から下流側に放射する光を管部に反射し、オゾン生成効率を高めている。また、隣接体は、反射部の下流側に空気の滞留部が生じるのを防止する。 The ozone generator of Patent Literature 1 further includes a reflecting section that covers the downstream side of the pipe section in the flow direction of the laminar flow, and an adjacent body that is connected to the downstream side of the reflecting section. The reflecting part reflects the light radiated downstream from the pipe part to the pipe part, thereby enhancing the ozone generation efficiency. In addition, the adjacent body prevents an air stagnation portion from occurring on the downstream side of the reflecting portion.
特許文献2は、直管型のエキシマランプをその中心軸が流体の流れ方向に平行となるように配置するオゾン発生装置を開示する。
エキシマランプから真空紫外線を出射してオゾンを生成するオゾン発生装置では、エキシマランプから出射した真空紫外線が、エキシマランプの管部の外で空気中の酸素からオゾンを有効に生成できる範囲は、管部から径方向にせいぜい10mm以内である。したがって、オゾンを有効に生成するためには、酸素含有気体を管部に径方向に十分に近づけつつ、周方向に流す長さを増大させる必要がある。 In an ozone generator that emits vacuum ultraviolet rays from an excimer lamp to generate ozone, the vacuum ultraviolet rays emitted from the excimer lamp can effectively generate ozone from oxygen in the air outside the excimer lamp tube. It is within 10 mm at most in the radial direction from the part. Therefore, in order to effectively generate ozone, it is necessary to increase the length of the flow in the circumferential direction while keeping the oxygen-containing gas sufficiently close to the tube portion in the radial direction.
本願発明者は、特許文献1のオゾン発生装置における気体の流れをシミュレーション解析したところ、気体は、エキシマランプの管部の中心軸に対して垂直な方向に管部の上流側から当たった後、2つの流れに分流するとともに、各分流は、共に、管部から直ちに離れてしまうことを知得した。すなわち、特許文献1のオゾン発生装置は、エキシマランプの管部から径方向に10mm以内の範囲を管部に沿って周方向に流れる長さ及び流量が共に不十分である。 The inventor of the present application performed a simulation analysis of the flow of gas in the ozone generator of Patent Document 1, and found that the gas hits the tube portion of the excimer lamp from the upstream side in a direction perpendicular to the central axis of the tube portion. Upon splitting into two streams, it was found that both split streams immediately left the tube. In other words, in the ozone generator of Patent Document 1, both the length of the flow in the circumferential direction along the pipe portion within 10 mm in the radial direction from the pipe portion of the excimer lamp and the flow rate are insufficient.
特許文献2は、酸素含有流体をエキシマランプの軸方向に流すので、酸素含有流体がエキシマランプの管部から10mm以内に近接して流れる長さは十分である。しかしながら、管部は、細いので、流れる流量は不十分である。
In
本発明の目的は、酸素含有気体を管部に径方向に接近させて管部の周方向に進行させるときの周方向長さと流量とを増大させることができるオゾン発生装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ozonizer capable of increasing the circumferential length and the flow rate when oxygen-containing gas is allowed to radially approach a pipe portion and advance in the circumferential direction of the pipe portion. .
本発明のオゾン発生装置は、
筐体と、
管部と前記管部内の希ガスに放電電圧を印加する一方電極及びアース電極としての他方電極とを有し、前記管部の中心軸を、前記筐体内に設定されて相互に直交する第1基準平面及び第2基準平面の交差線に合わせて前記筐体内に配置されているエキシマランプと、
前記筐体内で前記中心軸に対して前記第1基準平面の一方側と前記第2基準平面の一方側との間に配置されて前記管部の横断面に平行でかつ前記第1基準平面及び前記第2基準平面の両基準平面に対して傾斜した方向から前記管部に当たる酸素含有気体を噴射するノズルと、
前記中心軸に対して前記第1基準平面の他方側に設けられて前記筐体の内外を連通するオゾン放出口と、
前記他方電極から前記オゾン放出口の方へ張り出ているガイドと、
を備える。
The ozone generator of the present invention is
a housing;
It has a tube portion, one electrode for applying a discharge voltage to the rare gas in the tube portion, and the other electrode as a ground electrode, and the central axis of the tube portion is set in the housing and perpendicular to each other. an excimer lamp arranged in the housing in alignment with the line of intersection of the reference plane and the second reference plane;
is arranged between one side of the first reference plane and one side of the second reference plane with respect to the central axis in the housing, is parallel to the cross section of the tube portion, and is parallel to the first reference plane and a nozzle that injects an oxygen-containing gas that hits the pipe from a direction that is inclined with respect to both reference planes of the second reference plane;
an ozone discharge port provided on the other side of the first reference plane with respect to the central axis and communicating between the inside and outside of the housing;
a guide projecting from the other electrode toward the ozone discharge port;
Prepare.
本発明によれば、ノズルからの酸素含有気体は、管部の横断面に平行でかつ第1基準平面及び第2基準平面の両基準平面に対して傾斜した方向から管部に当てられるとともに、管部のオゾン放出口側には、ガイドが管部に連なって第1基準平面に平行に張り出している。これにより、酸素含有気体が管部の周方向にオゾン放出口側に進むときの管部におけるコアンダ効果が高まる。この結果、酸素含有気体を、管部に径方向に接近させて管部の周方向に進行させるときの周方向長さと流量とを増大させることができる。 According to the present invention, the oxygen-containing gas from the nozzle is applied to the tube from a direction parallel to the cross section of the tube and inclined with respect to both the first and second reference planes, and On the ozone discharge port side of the pipe portion, a guide extends from the pipe portion in parallel with the first reference plane. This enhances the Coanda effect in the tube portion when the oxygen-containing gas advances in the circumferential direction of the tube portion toward the ozone discharge port side. As a result, it is possible to increase the circumferential length and the flow rate when the oxygen-containing gas is allowed to radially approach the tubular portion and progress in the circumferential direction of the tubular portion.
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、実施形態に限定されないことは言うまでもない。なお、共通する構成要素については、全図を通して同一の符号を使用する。 Embodiments of the present invention will be described below. It goes without saying that the invention is not limited to the embodiments. In addition, the same code|symbol is used through all figures about a common component.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態のオゾン発生装置10aの構成図である。オゾン発生装置10aは、筐体11を備える。筐体11は、図1では、後述のシミュレーション解析上、直方体形状を想定している。筐体11の形状は、オゾン発生装置10aの使用環境に応じて最適な形状に変更される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of an
直方体形状に設定されている筐体11は、噴射側壁部12a及び放出側壁部12bと、上壁部13a及び下壁部13bとを有する。オゾン発生装置10aでは、噴射側壁部12a及び放出側壁部12bは、水平方向に対向し、上壁部13a及び下壁部13bは、鉛直方向に対向している。オゾン放出口18は、放出側壁部12bに設けられ、筐体11の内外を連通している。
The
ここで、説明の便宜上、3軸直交座標系を定義する。X軸は、噴射側壁部12a及び放出側壁部12bの対向方向に平行な軸として定義される。Y軸は、上壁部13a及び下壁部13bの対向方向に平行な軸として定義される。Z軸は、X軸及びY軸の両方に垂直な軸として定義される。
Here, for convenience of explanation, a three-axis orthogonal coordinate system is defined. The X-axis is defined as the axis parallel to the facing direction of the
さらに、筐体11内に、相互に直交する基準平面Px及び基準平面Pyを定義する。基準平面Px及び基準平面Pyは、オゾン放出口18、ノズル21a及びXeエキシマランプ27aの相対位置関係を決定するために、筐体11内に設定するものであり、筐体11の形状に関係なく設定される。この実施形態では、筐体11は、直方体形状であるので、基準平面Px及び基準平面Pyは、それぞれ上壁部13a及び噴射側壁部12aに平行に設定されている。
Further, a reference plane Px and a reference plane Py that are orthogonal to each other are defined in the
Ocは、Xeエキシマランプ27aの管部28の中心軸である。中心軸Ocは、基準平面Pxと基準平面Pyとの交差線上を延在している。
Oc is the central axis of the
αは、中心軸Ocの回りの回転角度として定義する。この実施形態では、回転角度αの増大方向は、図1において時計方向とする。基準平面Px上において中心軸Ocに対してox方向に-側及び+側の回転角度を、それぞれ0°及び180°とする。これにより、基準平面Py上において中心軸Ocに対してY軸方向に+側及び-側の回転角度は、それぞれ90°及び270°となる。 α is defined as the rotation angle around the central axis Oc. In this embodiment, the increasing direction of the rotation angle α is clockwise in FIG. On the reference plane Px, the rotation angles on the ox direction with respect to the central axis Oc on the − side and the + side are set to 0° and 180°, respectively. As a result, the rotation angles on the Y-axis direction with respect to the central axis Oc on the reference plane Py on the + side and the - side are 90° and 270°, respectively.
オゾン放出口18は、Z軸方向に長い矩形の通孔として放出側壁部12bに設けられ、筐体11の内外を相互に連通している。オゾン発生装置10aでは、オゾン放出口18の矩形の短辺(Y軸方向の辺)の中心は、基準平面Px上に設定されている。
The
図2は、ノズル21a及びXeエキシマランプ27aの斜視図である。図1及び図2において、ノズル21aは、ケーシング22a及び噴射口23aを有し、中心軸Ocから見て回転角度α=30°の方向に噴射側壁部12aに取り付けられている。噴射口23aは、ケーシング22aの筐体11内の端部に形成され、管部28の径方向に中心軸Ocに向けられている。
FIG. 2 is a perspective view of the
筐体11外の図示していない圧送ポンプは、ケーシング22a内に空気(例:酸素を約1/5含有する大気)を供給する。この圧送空気は、中心軸Ocから見てほぼ回転角度α=30°の方向で噴射口23aから管部28に向けて噴射される。
A pressure pump (not shown) outside the
なお、第1実施形態では、ノズル21aは、中心軸Ocから見て回転角度α=30°の方向に噴射側壁部12aに取り付けられている。しかしなから、ノズル21aは、厳密にはノズル21aの噴射口23aは、中心軸Ocから見て回転角度αが0°が0°<α<90°の範囲の方向から空気を管部28に向けて噴射すればよい。すなわち、噴射方向は、中心軸Ocに対して基準平面Pxの-側と基準平面Pyの+側との間において管部28の横断面に平行でかつ基準平面Px及び基準平面Pyの両基準平面に対して傾斜した方向となっていればよい。
In the first embodiment, the
Xeエキシマランプ27aは、管部28の他に、正極29a、負極29b及びガイド35aを備えている。正極29a及び負極29bは、横断面が中心軸Ocを中心とする円弧である内周面を有する。この内周面の円弧の直径は、管部28の直径に等しい。正極29a及び負極29bは、それぞれ0°及び180°の回転角度αにおいて内周面を管部28に当てられている。
The
正極29a及び負極29bは、筐体11の外部の電源(図示せず)から交流電圧(例:数千V)が供給される。管部28内の希ガスとしてのXe(キセノン)は、正極29a及び負極29bから交流の放電電圧が印加されると、放電し、真空紫外線を放射する。真空紫外線は、管部28の透明の管壁を透過して、管部28の外周側に存在する酸素からオゾンを生成する。
The
ガイド35aは、平板状であり、前端(X軸方向に-側の端)を負極29bの上端(Y軸方向に+側の端)に結合させて、基準平面Pxに平行にオゾン放出口18の方へ張り出している。オゾン発生装置10aでは、ガイド35aは、基準平面Pxより上方にある。
The
なお、オゾン発生装置10aでは、負極29bとガイド35aとは、1つの金属材から折り曲げ加工された、一体のものである。
In addition, in the
オゾン発生装置10aの作用について説明する。ノズル21aの噴射口23aから噴射した空気の主流は、筐体11内を気流Ga1,Ga2,Ga3として順番に進む。そして、オゾン放出口18からオゾン入り噴射流Goでオゾン放出口18の外へ噴射する。なお、主流とは、ノズル21aからオゾン放出口18まで筐体11内を種々の道筋で流れる気流のうち、管部28からの真空紫外線の露光量が所定値以上となる気流をいうものとする。
The action of the
気流Ga1は、ノズル21aから管部28に向かって進む。気流Ga2は、管部28から径方向に10mm以内で管部28からの放射される真空紫外線に露光する領域としてのオゾン生成領域Raを管部28の周方向に進む。気流Ga3は、ガイド35aに沿ってオゾン放出口18の方へ進む。
The airflow Ga1 advances from the
図1において、気流Ga1の向きは、中心軸Ocから見て回転角度α=30°の方向か、それに平行な方向となっている。こうして、噴射口23aからの噴射空気は、管部28において回転角度α=30°又はその近辺回転角度の周方向位置に集中的に当たる。
In FIG. 1, the direction of the airflow Ga1 is the direction of the rotation angle α=30° viewed from the central axis Oc or the direction parallel thereto. In this way, the jet air from the
この後、空気は、一部はY軸方向の-側に進むものの、主流の気流Ga2は、オゾン生成領域Raを管部28の周方向に図1の時計回り方向に進む。オゾン生成領域Raは、管部28において正極29a及び負極29bから露出した部分に臨んでおり、気流Ga2が所定値以上の照度の真空紫外線に露光する領域となっている。この結果、気流Ga2中の酸素は、オゾンに円滑に変換される。
Thereafter, although a portion of the air advances in the negative direction in the Y-axis direction, the main airflow Ga2 advances in the circumferential direction of the
この後、気流Ga3は、ガイド35aの上面に沿ってX軸の+側に進行する。管部28の露出部に連続して、ガイド35aの上面が存在する結果、管部28の露出部のコアンダ効果が高まり、気流Ga2の流量が増大する。こうして、オゾンの発生量及び発生効率を高めることができる。
After that, the airflow Ga3 advances along the upper surface of the
この後、オゾンを含有したオゾン入り噴射流Goは、オゾン放出口18から外に放出される。オゾン入り噴射流Goは、例えば、除菌、脱臭、洗浄、及び表面改質(例:ガラス、ウェハー等の洗浄表面改質)に利用される。
Thereafter, the ozone-containing injection flow Go containing ozone is discharged to the outside from the
ガイド35aは、アース電極としての負極29bに結合しているので、負極29bとガイド35aとの間の放電を防止することができる。また、ガイド35aは、負極29bの端から張り出る構成となっているので、負極29bとガイド35aとを1枚の金属板から簡単に加工することができる。
Since the
(他の実施形態)
図3及び図4は、それぞれ他の実施形態としてのオゾン発生装置10b,10cの構成図である。オゾン発生装置10aとの相違点についてのみ説明する。
(Other embodiments)
3 and 4 are configuration diagrams of
図3において、オゾン発生装置10bは、オゾン発生装置10aのノズル21a及びXeエキシマランプ27aに代えて、ノズル21b及びXeエキシマランプ27bを備えている。Xeエキシマランプ27bは、Xeエキシマランプ27aのガイド35aに代えて、ガイド35bを備えている。オゾン発生装置10aとオゾン発生装置10bとは、筐体11内の構成について基準平面Pxを対称面とする相互に対称な構造になっている。すなわち、ノズル21b及びXeエキシマランプ27bは、基準平面Pxを対称面として形状及び位置がノズル21a及びXeエキシマランプ27aとは対称である。
In FIG. 3, the
オゾン発生装置10bの作用は、筐体11内の気流が、オゾン発生装置10aでは、基準平面Pxに対して上側の気流Ga1,Ga2,Ga3であったものが、基準平面Pxに対して下側で対称位置にある気流Gb1,Gb2,Gb3に変わっただけである。
The operation of the
オゾン生成領域Rbは、中心軸Ocを対称面としてオゾン生成領域Ra(図1)と対称関係にある。気流Gb1は、オゾン生成領域Rbを通過する際、管部28からの真空紫外線に露光されて、酸素をオゾンに変換される。
The ozone generation region Rb has a symmetrical relationship with the ozone generation region Ra (FIG. 1) with the central axis Oc as a plane of symmetry. When the airflow Gb1 passes through the ozone generation region Rb, the airflow Gb1 is exposed to vacuum ultraviolet rays from the
図4において、オゾン発生装置10cは、筐体11内の構成においてオゾン発生装置10aの構成とオゾン発生装置10bの構成とを重ね合わせた構成となっている。すなわち、オゾン発生装置10cは、基準平面Pxに対して上側(Y軸方向に中心軸Ocに対して+側)においてオゾン発生装置10aのノズル21a及びガイド35aを備えるとともに、基準平面Pxに対して下側(Y軸方向に中心軸Ocに対して-側)においてオゾン発生装置10bのノズル21b及びガイド35bを備える。
In FIG. 4, the
オゾン発生装置10cは、オゾン発生装置10aの作用とオゾン発生装置10bの作用とを合わせた作用を有する。この結果、オゾン発生装置10cのオゾン発生量は、オゾン発生装置10a,10bのオゾン発生量のほぼ合計となる。
The
(エキシマランプの特性)
図5は、Xeエキシマランプ27(Xeエキシマランプ27a-27cの総称)において透過距離と照度との関係を示すグラフである。透過距離とは、径方向にXeエキシマランプ27の管部28から外側への距離である。Xeエキシマランプ27は、波長が172nmの真空紫外線を露出部から放射している。図5の特性は、真空紫外線を大気に放射したときの特性である。
(Characteristics of excimer lamp)
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the transmission distance and the illuminance in the Xe excimer lamp 27 (generic term for the
図5から透過距離が増大するほど、すなわち管部28から径方向に遠ざかるに連れて照度が低下していくことが分かる。真空紫外線の照度は、径方向距離が10mmの径方向位置では、管部28の表面(透過距離=0mm)の1/10になっている。
It can be seen from FIG. 5 that the illuminance decreases as the transmission distance increases, that is, as the distance from the
波長が172nmの真空紫外線により酸素をオゾンに変換するには、透過直後の照度(管部28の表面の照度)の1/10以上が必要であるので、オゾン生成領域Ra,Rbは、管部28の表面から10mm以内の透過距離内の領域として設定する必要がある。オゾン発生装置10(オゾン発生装置10a-10cの総称)では、ガイド35(ガイド35a,35bの総称)により、オゾン生成領域Ra,Rbにおけるコアンダ効果が高まる、この結果、気流Ga2,Gb2の流量が増大し、真空紫外線の露光量Eq(後述の図6)を高めて、オゾン発生量を増大させることができる。
In order to convert oxygen into ozone by vacuum ultraviolet rays having a wavelength of 172 nm, 1/10 or more of the illuminance immediately after transmission (illuminance on the surface of the tube portion 28) is required. 28 should be set as a region within a transmission distance of 10 mm or less from the surface of . In the ozone generator 10 (a generic term for the
図6は、真空紫外線の露光量EqをパラメータとしてCT値330を達成するための部屋容積(m3)とオゾン発生装置10aの運転時間(分)との関係を示すグラフである。なお、真空紫外線の露光量Eq(mW/cm2×sec)は、管部28における真空紫外線の照度(W/cm2×照射時間(分)で計算される。CT値とは、オゾンの暴露量のことであり、オゾン濃度(ppm)×接触時間(分)で計算される。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the room volume (m 3 ) for achieving a CT value of 330 and the operation time (minutes) of the
CT値を高めれば、殺菌効率は向上する。図6によると、部屋の容積が同一であるときは、真空紫外線の露光量Eqが大きいほど、オゾン発生装置10の運転時間は短くて済むことが分かる。オゾン発生装置10aの運転時間は短くするためには、オゾン発生装置10において、オゾン生成領域Ra,Rbの径方向長さは、透過距離10mm以内としての10mm以内とすることが望ましい。
If the CT value is increased, the sterilization efficiency is improved. As can be seen from FIG. 6, when the volume of the room is the same, the operation time of the
(シミュレーション解析)
図7A-図15Bは、ノズルの取付位置の回転角度α及びガイド35aの長さを変えて筐体11内の気流の状態をシミュレーションで解析した図である。図7A-図15Bにおいて、解析項目(図番に添え字Aの付く図は、流速コンターと流れの向きの解析図である。図番に添え字Bの付く図は、流線の解析図である。)、ノズルの回転角度α及びガイド35の長さは、次の表1のとおりである。
(simulation analysis)
7A to 15B are diagrams obtained by analyzing the state of the airflow inside the
表1において、ガイド長さ=0mmは、Xeエキシマランプがガイドを備えていないことを意味する(図7A-図9B)。前述のガイド35aは、表1において、ガイド長さ=20mmに相当し、図10A-図12Bに解析されている。表1において、ガイド長さ=40mmは、ガイド60を備えていることを意味し、図13A-図15Bに解析されている。
In Table 1, guide length=0 mm means that the Xe excimer lamp does not have a guide (FIGS. 7A-9B). The
図7A-図15Bにおいて、ノズル21a,51,53は、それぞれ取付位置の回転角度αが30°、0°及び60°のノズルとなっている。図1のオゾン発生装置10aについての解析図は、図11A及び図11Bである。
In FIGS. 7A to 15B, the
図7A-図14Bの解析図の分析から次の知見を得ることができる。 The following observations can be made from analysis of the analytical diagrams of FIGS. 7A-14B.
(m1)回転角度α=0°の解析図(図7A、図7B、図10A、図10B、図13A及び図13B)と、回転角度α=30°の解析図(図8A、図8B、図11A、図11B、図14A及び図14B)又は回転角度α=60°の解析図(図9A、図9B、図12A、図12B、図15A及び図15B)との対比から、回転角度α=0°より回転角度α=30°又は60°の方が、気流Ga2(図1)の流量が増大していることが分かる。 (m1) Analysis diagrams for rotation angle α = 0° (Figs. 7A, 7B, 10A, 10B, 13A and 13B) and analysis diagrams for rotation angle α = 30° (Figs. 8A, 8B, and 11A, FIG. 11B, FIGS. 14A and 14B) or the analysis diagram of the rotation angle α=60° (FIGS. 9A, 9B, 12A, 12B, 15A and 15B), the rotation angle α=0 It can be seen that the flow rate of the airflow Ga2 (FIG. 1) is greater when the rotation angle α is 30° or 60° than when the rotation angle is °.
上記(m1)の理由として、ノズル21aの取付位置を中心軸Ocから見て回転角度αが0°<α<90°の範囲とすることにより、すなわち、ノズル21からの噴射空気を基準平面Pxに平行でなく、基準平面Px及び基準平面Pyに対して斜めに管部28に当てる方が、管部28に当たって、2つに分流するときの基準平面Pxより上側に分流する気流の分量が増大することが考えられる。
As the reason for (m1) above, by setting the mounting position of the
(m2)ノズル21aからの噴射空気を管部28に基準平面Px及び基準平面Pyに対して斜めに当てる場合には、ガイド無しの解析図(図8A-図9B)とガイド有りの解析図(図11A-図12B及び図14A-図15B)との対比から、ガイド有りの方がオゾン生成領域Ra(図1)を通過する気流Ga2の流量が増大することが分かる。
(m2) When the jet air from the
(m2)の理由としては、ガイドが付加されたことにより、コアンダ効果が高まったことが考えられる。 A possible reason for (m2) is that the Coanda effect is enhanced by the addition of the guide.
(m3)同一の回転角度α(ただし、0°<α<90°。)で、上側の分流について、ガイド長さが20mmであるときの解析図(図11A-図12B)とガイド長さが40mmであるときの解析図(図14A-図15B)との対比からガイドの後端(オゾン放出口18側の端)がオゾン放出口18に近くまでガイドを延ばした方が、気流がオゾン放出口18の方へまっすぐに進む傾向が強まることが分かる。
(m3) At the same rotation angle α (however, 0° < α < 90°), for the upper branch flow, the analysis diagram (FIGS. 11A-12B) and the guide length when the guide length is 20 mm 14A-15B), it is better to extend the guide so that the rear end of the guide (the end on the side of the ozone discharge port 18) is closer to the
(m3)の理由としては、ガイドには、コアンダ効果を発揮しつつ、気流を案内する機能があり、ガイドをオゾン放出口18に近くなるまで張り出した方が、その分、Y軸方向に逸れるのを抑制するためと考えられる。
The reason for (m3) is that the guide has the function of guiding the airflow while exhibiting the Coanda effect, and if the guide protrudes closer to the
(オゾン生成効率)
図16A、図16B及び図16Cは、オゾン発生装置10aにおいてノズルの回転角度αをそれぞれ0°,30°,60°としたときに管部28のオゾン生成領域Raを流れる気流の量の割合を滞在時間別に示したヒストグラムである。横軸の数値は、各区分の平均滞在時間である。縦軸の流量割合の数値は、割合の相対値である。
(Ozone generation efficiency)
16A, 16B, and 16C show the ratio of the amount of airflow flowing through the ozone generation region Ra of the
図16A-図16Cから、次の知見が得られる。 From FIGS. 16A-16C, the following findings are obtained.
(n1)回転角度α=0°のときは、オゾン生成領域Raの気流は、極めて短い滞在時間に集中する。 (n1) When the rotation angle α=0°, the airflow in the ozone generation area Ra concentrates for a very short stay time.
(n2)回転角度α=30°又は60°のときは、オゾン生成領域Raの気流は、回転角度α=0°のときより滞在時間が長い方へシフトするとともに、滞在時間が分散する。 (n2) When the rotation angle α is 30° or 60°, the airflow in the ozone generation area Ra shifts to a longer residence time than when the rotation angle α is 0°, and the residence time is dispersed.
(n3)回転角度α=60°より回転角度α=30°のときの方が、オゾン生成領域Raの気流は、滞在時間が長い方へ大きくシフトしかつ広く分散する。回転角度α=60°とすると、回転角度α=0°のときよりも滞在時間の長い方にシフトするが、回転角度α=30°のときと比較すると、オゾン生成領域Raの気流は、滞在時間が短い方の割合が増える。これは、図12A及び図12Bで、管部28に当たった流れが分岐した際に、管部28下部にそのまま流れていく成分が増えるためである。
(n3) When the rotation angle α is 30°, the airflow in the ozone generation area Ra shifts to a longer residence time and is dispersed more widely when the rotation angle α is 30° than when the rotation angle α is 60°. When the rotation angle α=60°, the stay time shifts to a longer side than when the rotation angle α=0°. The proportion of those with shorter time increases. This is because, in FIGS. 12A and 12B, when the flow that hits the
(Xeエキシマランプの他の実施例)
図17A-図17Cは、それぞれXeエキシマランプのその他の実施例としてのXeエキシマランプ61a,61b,67の構成図である。図17A-図17Cにおいて、図1と共通する要素(基準平面Px等の説明要素も含む。)については、図1で使用した符号と同一の符号で示す。
(Other Examples of Xe Excimer Lamp)
17A to 17C are configuration diagrams of
Xeエキシマランプ61a(図17A)は、二重円筒管部62を備えている。二重円筒管部62は、中心軸Ocに同軸の内周面63と外周面64とを有している。内周面63は、内周側は、円形の横断面の中空空間を画成する。軸状の中心電極69aは、中心軸Ocに沿って中空空間内を延在している。アース電極の周辺電極69bは、内周側が外周面64の周輪郭に一致する半円弧状の横断面を有し、基準平面Pxの下側において外周面64に嵌合して、外周面64を覆っている。中心電極69a及び周辺電極69bの長さは、ほぼ二重円筒管部62の軸長に等しい。
A
なお、周辺電極69bが二重円筒管部62の周方向に占める回転角度範囲は180°より小さい。したがって、周辺電極69bの周方向両端は、基準平面Pxより下に位置する。また、周辺電極69bのオゾン放出口18(図1)側の端からオゾン放出口18の方へ張り出る平板状のガイド75aも、基準平面Pxより下で基準平面Pxに平行に配設されている。
In addition, the rotation angle range occupied by the
Xeエキシマランプ61aでは、Xeエキシマランプ27aと同様に、中心軸Ocから見て回転角度αが0°<α<90°である方向又はその平行方向から外周面64に噴射空気が当てられる。そして、外周面64に当たった空気は、Xeエキシマランプ27aの場合と同様に、Xeエキシマランプ61aに対して設定されるオゾン生成領域Raを気流Ga2で通過し、その後、ガイド75aの上面側を気流Ga3で通過する。
In the
Xeエキシマランプ61b(図17B)は、Xeエキシマランプ61aの周辺電極69b及びガイド75aの代わりに網目電極70及びガイド75bを有している。網目電極70は、二重円筒管部62の外周面64を全周及び軸方向の全長にわたって覆っている。ガイド75bは、二重円筒管部62における回転角度αが180°の周方向位置からX軸の+側に張り出している。
The
二重円筒管部62内で発生した真空紫外線は、網目電極70の目の間から径方向に放射する。Xeエキシマランプ61bにおいても、Xeエキシマランプ61aと同様に、中心軸Ocから見て回転角度αが0°<α<90°の範囲の方向又はその葉その平行方向から噴射空気が外周面64に当てられる。その後の作用は、Xeエキシマランプ61aと同様である。
The vacuum ultraviolet rays generated within the double
図10Cにおいて、Xeエキシマランプ67は、中心軸Ocに対する内周の中心角が90°より小さい円弧形の正極71a及び負極71bを備える。正極71aは、基準平面Pxの下側から0°≧α>-90°の範囲で管部28を覆うように、内周面を管部28に接触させている。負極71bは、回転角度αが90°>α≧-180°の範囲で管部28を覆うように、内周面を管部28に接触させている。
In FIG. 10C, the
正極71aと負極71bとは、基準平面Pyに対して対称の位置関係になっているとともに、周方向に離れている。ガイド75cは、負極71bのX軸方向の+側の端(この端の回転角度αは180°である。)からX軸方向の+側に張り出している。
The
Xeエキシマランプ67における気流及び酸素からオゾンの生成方法は、Xeエキシマランプ27と同一である。Xeエキシマランプ67の管部28は、基準平面Pxに対して上半部が露出しているので、オゾン生成領域Raの回転角度範囲を増大させることができる。
The method of generating ozone from airflow and oxygen in the
(ガイドの他の実施例)
図18A-図18Cは、ガイドの他の実施例を示す図である。各ガイドについてノズル21aのガイド35aとの相違点について説明する。
(Another example of a guide)
18A-18C are diagrams showing another embodiment of the guide. The difference between each guide and the
図18AのXeエキシマランプ27uでは、ガイド35uは、気流の流れ方向に前端、すなわちX軸方向に-側の端の回転角度αは、ガイド35aと同一である。しかしながら、ガイド35aは、基準平面Pxに対して平行にオゾン放出口18の方へ張り出しているのに対し、ガイド35uは、Y軸の負側に傾斜して、X軸の+側に張り出している。
In the
ガイド35uのように、オゾン放出口18の方へ向かって下方に傾斜していた方が、管部28の真空紫外線露光部において管部28から径方向に10mm以内に接近して管部28の周方向に進ませるコアンダ効果を増大させることができることがある。
Like the
図18BのXeエキシマランプ27vでは、ガイド35vは、前端において負極29bの回転角度αが180°の周方向位置で負極29bに結合し、基準平面Pxに平行にX軸の+側に張り出している。Xeエキシマランプ27vは、図4のオゾン発生装置10cにおいて、Xeエキシマランプ27cと置き換えることができる。
In the
Xeエキシマランプ27vでは、1つのガイド35vが、Xeエキシマランプ27cのガイド35a,35bを兼ねる。これにより、構成が簡単化される。
In the
図18CのXeエキシマランプ27wは、Xeエキシマランプ27aのガイド35aに代えてガイド35wを有する。ガイド35a(図1)は、全部が基準平面Pxに対して平行であるのに対し、ガイド35wは、X軸方向に前端から途中までは、基準平面Pxに対して平行に張り出ているが、途中から後端までの範囲は、基準平面Pxに対して傾斜している。
The
図11A及び図12Aに見られるように、ガイド35aに沿ってオゾン放出口18の方へ流れて来た気流は、ガイド35aの後端を通過後、上の方へ向きを変化する傾向がある。ガイド35wは、後端部において下方へ傾斜していることにより、気流がガイド35wを通過した後、Y軸方向に変位するのを抑制することができる。
As can be seen in Figures 11A and 12A, the airflow coming along the
(変形例)
実施形態のノズル21及びノズル53は、中心軸Ocから見て回転角度αがそれぞれ30°及び60°になっている。本発明では、ノズルの回転角度αは、基準平面Pxと基準平面Pyとの間の範囲でかつ基準平面Px及び基準平面Pyに対して斜めの方向であればよい。
(Modification)
The
実施形態では、回転角度αの増大方向を図1における時計方向に定義したが、本発明では、反時計方向であってもよい。 In the embodiment, the increasing direction of the rotation angle α is defined as the clockwise direction in FIG. 1, but in the present invention, it may be the counterclockwise direction.
実施形態では、アース電極は、負極としている。本発明では、一方電極及びアース電極としての他方電極は、それぞれ負極及び正極であってもよい。 In the embodiment, the ground electrode is the negative electrode. In the present invention, the one electrode and the other electrode as the ground electrode may be the negative electrode and the positive electrode, respectively.
実施形態では、ノズルは、筐体11の噴射側壁部12aに取り付けられている。本発明では、ノズルを上壁部13aに取り付けてもよい。
In the embodiment, the nozzle is attached to the
実施形態では、エキシマランプとしてXeエキシマランプが採用されている。本発明では、酸素からオゾンを生成する光を照射するエキシマランプであれば、エキシマランプは、Xeエキシマランプでなくてもよい。すなわち、希ガスは、Xe(キセノン)でなくてもよい。 In the embodiment, a Xe excimer lamp is employed as the excimer lamp. In the present invention, the excimer lamp need not be a Xe excimer lamp as long as it emits light that generates ozone from oxygen. That is, the rare gas does not have to be Xe (xenon).
実施形態では、酸素含有気体として大気を使用している。本発明では、オゾン生成専用の酸素含有気体(酸素濃度が大気とは異なるもの)を使用して、オゾンの生成効率を高めることもできる。 In embodiments, atmospheric air is used as the oxygen-containing gas. In the present invention, an oxygen-containing gas (having an oxygen concentration different from that of the atmosphere) dedicated to ozone generation can be used to increase the efficiency of ozone generation.
実施形態では、中心軸Ocから見てノズルは、回転角度αが30°と60°の方向から酸素含有気体を噴射している。本発明では、ノズルからの噴射空気は、管部の横断面に平行でかつ第1基準平面及び第2基準平面の両基準平面に対して傾斜した方向から管部に当たるように、酸素含有気体を噴射すれば足りる。すなわち、中心軸Ocから見てノズルは、回転角度αが0°<α<90°の方向から酸素含有気体を噴射すればよい。 In the embodiment, the nozzle injects the oxygen-containing gas from directions with rotation angles α of 30° and 60° when viewed from the central axis Oc. In the present invention, the jet air from the nozzle blows the oxygen-containing gas so that it hits the pipe from a direction parallel to the cross section of the pipe and inclined with respect to both the first and second reference planes. Injection is enough. That is, when viewed from the central axis Oc, the nozzle should inject the oxygen-containing gas from a direction where the rotation angle α is 0°<α<90°.
好ましくは、中心軸Ocから見てノズルは、回転角度αが10°≦α≦40°の方向から酸素含有気体を噴射する。理由は、α>40°になると、ノズルは、噴射側壁部12aではなく、上壁部13aに取り付けなければならず、取付が煩雑になるからである。
Preferably, the nozzle injects the oxygen-containing gas from a direction where the rotation angle α is 10°≦α≦40° when viewed from the central axis Oc. The reason is that if α>40°, the nozzle must be attached to the
実施形態では、オゾン放出口18は、その中心線を基準平面Px上に配置している。本発明では、オゾン放出口18の中心線を基準平面Pxに対してY軸方向にずらしてもよい。
In the embodiment, the
10a,10b,10c・・・オゾン発生装置、11・・・筐体、18・・・オゾン放出口、21a,21b,53・・・ノズル、28・・・管部、29a,71a,・・・正極(一方電極)、29b,71b・・・負極(他方電極)、35,60,75・・・ガイド、27a,27b,27c,27u,27v,27w,57,61a,61b,67・・・Xeエキシマランプ(エキシマランプ)、62・・・二重円筒管部(管部)、69a・・・中心電極(一方電極)、69b・・・周辺電極(他方電極)、70・・・網目電極(他方電極)、Px・・・基準平面(第1基準平面)、Py・・・基準平面(第2基準平面)、Oc・・・中心軸。 10a, 10b, 10c...ozone generator, 11...housing, 18...ozone discharge port, 21a, 21b, 53...nozzle, 28...pipe, 29a, 71a,... Positive electrode (one electrode), 29b, 71b Negative electrode (other electrode), 35, 60, 75 Guide, 27a, 27b, 27c, 27u, 27v, 27w, 57, 61a, 61b, 67 Xe excimer lamp (excimer lamp), 62 Double cylindrical tube portion (tube portion), 69a Center electrode (one electrode), 69b Peripheral electrode (other electrode), 70 Mesh Electrode (other electrode), Px... reference plane (first reference plane), Py... reference plane (second reference plane), Oc... central axis.
Claims (7)
管部と前記管部内の希ガスに放電電圧を印加する一方電極及びアース電極としての他方電極とを有し、前記管部の中心軸を、前記筐体内に設定されて相互に直交する第1基準平面及び第2基準平面の交差線に合わせて前記筐体内に配置されているエキシマランプと、
前記筐体内で前記中心軸に対して前記第1基準平面の一方側と前記第2基準平面の一方側との間に配置されて前記管部の横断面に平行でかつ前記第1基準平面及び前記第2基準平面の両基準平面に対して傾斜した方向から前記管部に当たる酸素含有気体を噴射するノズルと、
前記中心軸に対して前記第1基準平面の他方側に設けられて前記筐体の内外を連通するオゾン放出口と、
前記他方電極から前記オゾン放出口の方へ張り出ているガイドと、
を備えることを特徴とするオゾン発生装置。 a housing;
It has a tube portion, one electrode for applying a discharge voltage to the rare gas in the tube portion, and the other electrode as a ground electrode, and the central axis of the tube portion is set in the housing and perpendicular to each other. an excimer lamp arranged in the housing in alignment with the line of intersection of the reference plane and the second reference plane;
is arranged between one side of the first reference plane and one side of the second reference plane with respect to the central axis in the housing, is parallel to the cross section of the tube portion, and is parallel to the first reference plane and a nozzle that injects an oxygen-containing gas that hits the pipe from a direction that is inclined with respect to both reference planes of the second reference plane;
an ozone discharge port provided on the other side of the first reference plane with respect to the central axis and communicating between the inside and outside of the housing;
a guide projecting from the other electrode toward the ozone discharge port;
An ozone generator comprising:
前記一方電極及び前記他方電極は、前記第2基準平面に対して対称に配置され、
前記ガイドは、前記他方電極に一体に形成されていることを特徴とするオゾン発生装置。 The ozone generator according to claim 1,
The one electrode and the other electrode are arranged symmetrically with respect to the second reference plane,
The ozone generator, wherein the guide is formed integrally with the other electrode.
前記管部は、二重円筒形であり、
前記一方電極は、前記管部の内周側を前記中心軸に沿って延在し、
前記他方電極は、前記管部の外周側を全周にわたり網目で覆うか周方向に部分的に覆い、
前記ガイドは、前記第1基準平面の前記他方側において前記他方電極から張り出ていることを特徴とするオゾン発生装置。 The ozone generator according to claim 1,
The tube portion is double cylindrical,
The one electrode extends along the central axis on the inner peripheral side of the tubular portion,
the other electrode covering the outer circumference of the pipe portion with a mesh all around or partially covering it in the circumferential direction;
The ozonizer according to claim 1, wherein the guide protrudes from the other electrode on the other side of the first reference plane.
前記中心軸に対して前記第1基準平面の前記一方側及び前記第2基準平面の前記一方側をそれぞれ0°及び90°とする前記中心軸の回りの回転角度を定義したとき、前記ノズルは、10°~40°の範囲内の回転角度で前記管部に向けて酸素含有気体を噴射することを特徴とするオゾン発生装置。 In the ozone generator according to any one of claims 1 to 3,
When the rotation angle around the central axis is defined such that the one side of the first reference plane and the one side of the second reference plane are 0° and 90°, respectively, with respect to the central axis, the nozzle is , an ozonizer that injects an oxygen-containing gas toward the pipe portion at a rotation angle within the range of 10° to 40°.
前記ガイドの長さは、前記管部から前記ガイドに沿って流れてきた気流が、前記ガイドを通過した後、前記筐体の内面に当たることなく、前記オゾン放出口に進むように、設定されていることを特徴とするオゾン発生装置。 In the ozone generator according to any one of claims 1 to 4,
The length of the guide is set so that the airflow that has flowed along the guide from the tube portion, after passing through the guide, advances to the ozone discharge port without hitting the inner surface of the housing. An ozone generator characterized by the following.
前記ノズル及び前記ガイドを、前記第1基準平面を対称面として、前記対称面の両側に備えることを特徴とするオゾン発生装置。 In the ozone generator according to any one of claims 1 to 5,
An ozone generator, wherein the nozzle and the guide are provided on both sides of the first reference plane as a plane of symmetry.
前記対称面に沿って形成された1つのガイドが、前記対称面の各側の各ガイドを兼ねていることを特徴とするオゾン発生装置。 In the ozone generator according to claim 6,
An ozone generator, wherein one guide formed along the plane of symmetry doubles as each guide on each side of the plane of symmetry.
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