JP2936069B1 - オゾン発生システム - Google Patents

オゾン発生システム

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    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/10—Preparation of ozone
    • C01B13/11—Preparation of ozone by electric discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/10—Preparation of ozone

Abstract

【要約】 【課題】 簡単な構成で、オゾン発生効率が向上したオ
ゾン発生装置を得る。 【解決手段】 誘電体材料で分断された一対の電極を囲
むハウジングであって、該誘電体材料および該電極の一
方はもう一方の該電極から間隔を空けて配置されてチャ
ンバを規定し、ここで該電極は電源からエネルギーを与
えられた場合に該チャンバ内で酸素分子を酸素原子に解
離する、ハウジングと；該酸素分子を該チャンバ内に導
入する入口と；該ハウジングに接続され、該チャンバか
らシステム内で発生させたオゾンを放出する出口までの
密封された経路を提供する導管と；該チャンバから該導
管の領域に気体を引き込み、かつ該チャンバの圧力より
も高い圧力を該領域に発生させるように作動し得るポン
プと；を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、オゾン発生システ
ムに関し、より詳細にはオゾン発生の効率が向上したオ
ゾン発生システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】オゾンは、強い酸化剤ならびに強力な殺
菌剤および殺ウィルス剤である。このような特性によ
り、オゾンは飲料水の処理に使用されてきた。さらに、
塩素のような他の酸化剤とは異なって、オゾンは製品中
に減衰し、この製品は環境に無害である。この結果、工
業的な適用(例えば化石燃料発電所の燃焼ガスからの窒
素酸化物の除去)におけるオゾンの使用が増大してい
る。
【０００３】オゾン発生器は典型的には、酸素分子を酸
素原子に解離する(酸素原子は残留している酸素分子と
反応してオゾンを形成する)ための、酸素分子供給源(例
えば空気)とエネルギー供給源(例えば２つの電極間の電
気放電(electric discharge))とを含む。ほとんどのオ
ゾン発生器は誘電体障壁放電(dielectric barrier disc
harge)を用いており、これはまた無声放電としても知ら
れている。このようなオゾン発生器は、第１の電極に隣
接して配置され、かつ第２の電極から間隔を空けられた
誘電体を含んで、誘電体材料と第２の電極との間に放電
領域を形成している。誘電体材料が存在することによ
り、ナノ秒のオーダーの持続時間を有する多数のマイク
ロ放電(micro-discharge)が起こる。マイクロ放電は、
空間と時間とに統計的に分配され、そして酸素供給源か
ら供給された酸素分子の解離を引き起こす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のオゾン発生器で
は、オゾン発生効率が比較的低い。オゾンの需要の増大
に十分対応することができる、オゾン発生効率が向上し
たオゾン発生装置が望まれている。
【０００５】本発明の目的は、簡単な構成で、オゾン発
生効率が向上したオゾン発生装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のオゾン発生シス
テムは、誘電体材料で分断された一対の電極を囲むハウ
ジングであって、該誘電体材料および該電極の一方はも
う一方の該電極から間隔を空けて配置されてチャンバを
規定し、ここで該電極は電源からエネルギーを与えられ
た場合に該チャンバ内で酸素分子を酸素原子に解離す
る、ハウジングと；該酸素分子を該チャンバ内に導入す
る入口と；該ハウジングに接続され、該チャンバからシ
ステム内で発生させたオゾンを放出する出口までの密封
された経路を提供する導管と；該チャンバから該導管の
領域に気体を引き込み、かつ該チャンバの圧力よりも高
い圧力を該領域に発生させるように作動し得るポンプ
と；を含む。
【０００７】好適な実施態様においては、上記導管はパ
イプである。
【０００８】好適な実施態様においては、上記導管はス
テンレス鋼パイプである。
【０００９】好適な実施態様においては、上記ポンプは
ピストンポンプである。
【００１０】好適な実施態様においては、上記ポンプは
上記チャンバ内に約１ａｔｍ未満の圧力を発生させるよ
うに作動し得る。
【００１１】好適な実施態様においては、上記ポンプは
上記チャンバ内に約５００Ｔｏｒｒ未満の圧力を発生さ
せるように作動し得る。
【００１２】好適な実施態様においては、上記ポンプは
上記チャンバ内に約２００Ｔｏｒｒから約４００Ｔｏｒ
ｒの範囲の圧力を発生させるように作動し得る。
【００１３】好適な実施態様においては、上記ポンプは
上記導管の上記領域内に約１ａｔｍより高い圧力を発生
させるように作動し得る。
【００１４】好適な実施態様においては、上記チャンバ
を規定する上記誘電体材料および上記電極は、上記もう
一方の電極から約５ｍｍから約１２ｍｍの範囲の距離で
間隔を空けて配置される。
【００１５】好適な実施態様においては、上記チャンバ
を規定する上記誘電体材料および上記電極は、上記もう
一方の電極から約８ｍｍから約１０ｍｍの範囲の距離で
間隔を空けて配置される。
【００１６】好適な実施態様においては、上記誘電体材
料はパイレックスガラスである。
【００１７】本発明の別の局面において、本発明のオゾ
ン発生システムは、チャンバと、該チャンバ内で酸素分
子を酸素原子に解離するデバイスとを囲むハウジング
と；該酸素分子を該チャンバ内に導入する入口と；該ハ
ウジングに接続され、該チャンバからシステム内で発生
させたオゾンを放出する出口までの密封された経路を提
供する導管と；該チャンバから該導管の領域に気体を引
き込み、かつ該チャンバの圧力よりも高い圧力を該領域
に発生させるように作動し得るポンプと；を含む。
【００１８】好適な実施態様においては、上記デバイス
は、誘電体障壁放電、アーク放電、グロー放電、非平衡
電気放電、マイクロ波放電、熱放電、または紫外光分解
により上記酸素分子を解離させる。
【００１９】好適な実施態様においては、上記導管はパ
イプである。
【００２０】好適な実施態様においては、上記導管はス
テンレス鋼パイプである。
【００２１】好適な実施態様においては、上記ポンプは
ピストンポンプである。
【００２２】好適な実施態様においては、上記ポンプは
上記チャンバ内に約１ａｔｍ未満の圧力を発生させるよ
うに作動し得る。
【００２３】好適な実施態様においては、上記ポンプは
上記チャンバ内に約５００Ｔｏｒｒ未満の圧力を発生さ
せるように作動し得る。
【００２４】好適な実施態様においては、上記ポンプは
上記チャンバ内に約２００Ｔｏｒｒから約４００Ｔｏｒ
ｒの範囲の圧力を発生させるように作動し得る。
【００２５】好適な実施態様においては、上記ポンプは
上記導管の上記領域内に約１ａｔｍより高い圧力を発生
させるように作動し得る。
【００２６】以下に本発明の作用を説明する。
【００２７】本発明によれば、気体が引き込まれる導管
の領域の圧力が比較的高く、その内部で酸素分子を酸素
原子に解離するチャンバの圧力が比較的低い。チャンバ
の圧力が比較的低いことにより、励起電子準位、特にＢ
3Σu -励起電子準位にある酸素分子がクエンチして、エ
ネルギー準位が低下することを低減させることができ
る。励起電子準位にある酸素分子は、酸素分子の解離お
よび酸素原子の形成を引き起こすので、励起電子準位に
ある酸素分子のクエンチを低減させることにより、励起
電子準位にある酸素分子の確立を増加させることができ
る。従って、酸素原子の形成を促進させることができ
る。このような酸素分子の解離においては、一般に酸素
原子よりも解離されていない酸素分子のほうがかなり多
い。よって、酸素原子がより多く形成されることによ
り、酸素原子と解離されていない酸素分子との反応によ
るオゾンの発生効率を向上させることができる。さら
に、導管の領域の圧力が比較的高いことにより、酸素原
子と酸素分子間のオゾン発生の反応速度を増大させる。
よって、オゾンの発生効率をさらに向上することができ
る。加えて、この導管は密封されているので、酸素原子
および酸素分子と、放電チャンバ以外の供給源からのガ
スとの混合を防止することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】本発明は、オゾン発生の効率が向
上したオゾン発生システムに関する。このシステムは、
ポンプと、従来のオゾン発生器と同様の電気放電チャン
バに接続された密封された出口導管とを含む。入り口か
ら放電チャンバに酸素分子を導入する。この放電チャン
バは、エネルギーが付与された場合にいくらかの酸素分
子を酸素原子に解離する。ポンプは酸素原子および残留
している酸素分子を放電チャンバから密封された出口導
管へと引き込んで、放電チャンバ内の圧力を約１ａｔｍ
未満、例えば約３７０Ｔｏｒｒにし、そして密封された
出口導管内の圧力を放電チャンバ内の圧力よりも高い圧
力、例えば約１ａｔｍかややこれより高い程度とする。
効率が増加することは、オゾン発生の制限因子が、酸素
分子の解離および酸素原子の形成を引き起こす励起電子
準位にある酸素分子のクエンチ、特にＢ3Σu -励起電子
準位にある酸素分子のクエンチであるという発見に基づ
く。放電チャンバ内の圧力を減少させることはこのよう
なクエンチを低減させ、これにより酸素原子の生成を増
加させる。ポンプが酸素原子および残留している酸素分
子を密封された出口導管に引き込むとただちに、これら
は互いに反応してオゾンを形成する。出口導管の圧力を
大きくすることは、酸素原子と酸素分子間の反応速度を
増大させる。出口導管は密封されて、酸素原子および酸
素分子と、放電チャンバ以外の供給源からのガスとの混
合を防止する。密封された出口導管内で形成されたオゾ
ンは、放電チャンバと反対側の出口導管端部の出口バル
ブを通って出る。
【００２９】オゾン発生器は、単に、ポンプと密封され
た出口導管とを従来のオゾン発生器の放電チャンバに接
続することによって作製され得る。加えて、従来のオゾ
ン発生器の放電チャンバは、酸素分子の解離を最適化す
るように約１ａｔｍ未満の減圧下で再構成され得る。特
に、放電チャンバの電極間の間隙と、電極間に印加され
る電圧は、絶縁破壊(voltage breakdown)、例えば電極
間のアーク放電を避けつつ、酸素分子の解離を増加させ
るように最適化され得る。他の実施態様においても、オ
ゾン発生システムは電気放電チャンバとは異なる、マイ
クロ波放電チャンバまたは紫外照射で露光されるチャン
バのような酸素分子解離チャンバを含む。このような場
合、ポンプは酸素分子解離チャンバ内で形成された酸素
原子と残留している酸素分子とを密封された出口導管に
再び引き込んで、酸素解離チャンバ内の圧力を約１ａｔ
ｍ未満、例えば約３７０Ｔｏｒｒにし、そして密封され
た出口導管内の圧力を酸素解離チャンバ内の圧力よりも
高い圧力、例えば約１ａｔｍかややこれより高い程度と
する。
【００３０】図１および２は、従来の誘電体障壁放電オ
ゾン発生器２０の断面模式図であり、このオゾン発生器
２０は外側ハウジング２１と内側放電チャンバ２２を備
える。図２は、オゾン発生器２０の図１の平面に対して
垂直で、かつ図１に示したＡ−Ａ軸を含む平面に沿った
断面模式図である。オゾン発生器２０は、内側および外
側の同心状のステンレス鋼チューブを含み、このチュー
ブはそれぞれ電極３４および３６を形成する。他の実施
態様においては、電極はステンレス鋼以外の導電性物質
で作製され得る。内側電極３４を取り囲むのは適切な誘
電体材料(例えばパイレックス(pyrex)ガラス)からなる
円筒状の誘電体チューブ３８である。外側電極３６と誘
電体チューブ３８との間の空間は放電チャンバ２２を形
成する。酸素供給源からの酸素分子は酸素入口２４を通
って放電チャンバ２２に流入する。誘電体チューブ３８
と外側電極３６との間の距離は放電間隙厚さとして公知
である。
【００３１】電極３４と３６とはそれぞれワイヤー４５
と４７とを介してＡＣ電源と接続する。電源４６が電極
３４および３６にエネルギーを付与した時、電極は誘電
体プレート３８と電極３６との間にマイクロ放電を生じ
させる。マイクロ放電は放電チャンバ２２の内部で酸素
分子の解離を引き起こして、酸素原子を形成する。次い
で、酸素原子は解離されていない酸素分子と反応してオ
ゾンを形成する。オゾンはチャンバ２２から出口４８を
通って出る。出口４８はオゾンを貯蔵チャンバまたはオ
ゾンを必要とするプロセスチャンバへと導く。
【００３２】オゾン発生器２０はまた、電極３６と熱的
に接触する冷却水通路４０を含む。これはオゾン発生器
が過熱するのを防止する。冷却水リザーバー３２(図３
に示す)は通路４０に水を流す。
【００３３】電源４６の適切な電圧および周波数、なら
びに適切な放電間隙厚さは、当該分野で公知であり、こ
れはオゾン発生の所望の速度に依存する。例えば、Ph.
LecciおよびJ.E. Petitimbert(Proceedings of the 8th
Ozone World Congress, 1:A41-A48, 1987)、またはB.E
lliassonら(J. Phys. D: Appl. Phys., 20:1421-1437,
1987)を参照のこと。例えば、代表的な値は、約１０，
０００Ｖ、約６０Ｈｚ、および放電間隙厚さ約３ｍｍで
ある。
【００３４】図３は、図１および２に示した従来のオゾ
ン発生器２０を用いたオゾン発生システムの模式図を示
す。酸素分子が酸素供給源２６から酸素入口２４を通っ
て、ハウジング２１の内部のチャンバ２２に流入する。
入口バルブ２７は酸素の入口流量を調節し、これはフロ
ーメーター２８によって計測される。酸素供給源２６は
特定の実施態様によって変化し得る。例えば、酸素供給
源２６は大気であり得、この周辺雰囲気からエアがチャ
ンバ２２へと通る。あるいは例えば比較的純粋な酸素の
高圧供給源であり得る。
【００３５】システム１０はまた出口４８に接続された
ピストンポンプ６０を含む。ピストンポンプ６０はガス
をチャンバ２２に引き込み、そして密封された出口パイ
プ５０(例えばステンレス鋼チューブ)の内側に押し出
す。よって、出口パイプの内側は衝突ゾーン領域６２を
形成し、ポンプ６０はこの衝突ゾーン領域６２をチャン
バ２２の圧力よりも高い圧力にする。中間バルブ６４は
出口４８とピストンポンプ５０の間に位置し、チャンバ
２２の圧力を調節するのに使用される。圧力ゲージ６６
および６８は、それぞれチャンバ２２および衝突ゾーン
領域６２の圧力を計測する。
【００３６】ピストンポンプ６０を起動させつつ、酸素
分子の入口流量とチャンバ２２の圧力とを、入口バルブ
２７と中間バルブ６４とを調節することによって制御し
得る。チャンバ２２の圧力を約１ａｔｍ未満、例えば約
２００Ｔｏｒｒ〜約６００Ｔｏｒｒの範囲、またはさら
に特に約２００Ｔｏｒｒ〜約４００Ｔｏｒｒの範囲に圧
力を減少させると、酸素の解離を引き起こす励起電子準
位にある酸素分子のクエンチを低減し、これにより酸素
原子の形成を増加させる。ピストンポンプ６０は酸素原
子および解離されていない酸素分子、ならびに酸素原子
と酸素分子との反応によって形成されたすべてのオゾン
を出口パイプ５０の衝突ゾーン領域に引き込む。ピスト
ンポンプ６０によって、衝突ゾーン領域６２の圧力はチ
ャンバ２２の圧力よりも高く、代表的には約１ａｔｍよ
りも高い。衝突ゾーン領域の圧力は出口バルブ５２によ
って調節され得る。この出口バルブ５２はまた出口流量
を制御する。第２のフローメーター５４は出口流量を計
測する。衝突ゾーン領域６２の圧力が高くなるにつれ
て、チャンバ２２から引き込まれる酸素原子と酸素分子
との反応速度(これらは互いに反応してオゾンをけいせ
いする)が増大する。加えて、出口バルブ５２を超えて
ガス流れ中に残っている酸素原子は酸素分子と反応し続
けて、オゾンを形成し得る。
【００３７】出口パイプ５０は中間バルブ８４と出口バ
ルブ５２との間で密封されて、チャンバ２２以外の供給
源からのガスが衝突ゾーン領域６２に入るのを防止し、
かつチャンバ２２からの酸素原子および酸素分子が衝突
ゾーン領域６２の内部でチャンバ２２の圧力よりも高い
圧力で互いに反応させ得る。図３は直角な屈曲部を備え
た出口パイプ５０を示しているが、他の実施態様におい
ては、出口パイプは異なる形状を有しうる。例えば、出
口パイプは直線または曲線であり得、そして矩形または
楕円の断面を有し得る。
【００３８】オゾン発生システム１０は、ポンプ６０、
出口パイプ５０、バルブ６４および５２、ならびに圧力
ゲージ６６および６８を従来のオゾン発生器に加えるこ
とによって極めて簡単に組み立てられ得る。オゾン発生
システムを特定の流量条件下、例えば、従来のオゾン発
生器２０の条件下で作動させるためにオペレーターは以
下の工程を実施する。ピストンポンプをオンにした後、
入口バルブ２７と中間バルブ６８とをフローメーター２
８が所望の入口流量を示し、かつ圧力ゲージ６６がチャ
ンバ２２の所望の圧力(例えば約３７０Ｔｏｒｒ)を示す
まで調節する。次いで、出口バルブ５２をフローメータ
ー５４が所望の出口流量を示すまで調節する。このよう
な場合、オゾン発生システム１０におけるフローメータ
ー５４を通過するオゾン濃度の増加は、従来のオゾン発
生器２０を従来の条件、すなわちチャンバ２２の圧力を
約１ａｔｍとする条件下でシステム１０から切り離して
作動させた場合の、従来のオゾン発生器２０の出口４８
を通って出るオゾン濃度の約２〜約５倍であり得る。こ
の比較においては、オゾン発生システム１０と従来のオ
ゾン発生器２０とを、約１ａｔｍでの従来のオゾン発生
器の性能を最適化する放電条件下で、例えば、約６０Ｈ
ｚで約１０，０００Ｖの電圧を印加し、かつ放電間隙厚
さ約３ｍｍで作動する。
【００３９】オゾン発生システム１０の効率をさらに向
上させるために、オゾン発生器２０の放電条件を変化さ
せて、フローメーター５４を出るオゾン濃度を最適化す
る。特に、チャンバ２２の圧力が約１ａｔｍ未満である
ので、従来のオゾン発生器２０がオゾン発生システム１
０の構成物として使用される場合に、チャンバ２２の圧
力に対して、印加電圧と放電間隙厚さを変化させて、フ
ローメーター５４を出るオゾン濃度を最適化する。一般
に、オゾンの発生は印加電圧とともに増加する。しか
し、印加電圧は、電極３４と３６との間の絶縁破壊によ
って制限され、これは印加電圧の上限にあたる。オゾン
発生は、絶縁破壊が起こる電圧、すなわち絶縁破壊電圧
よりもわずかに小さい印加電圧を用いることによって最
適化される。
【００４０】絶縁破壊電圧は放電間隙厚さおよび圧力と
ともに増加する。よって、チャンバ２２の低圧下(例え
ば約１ａｔｍ未満)でのオゾン発生システム１０の性能
を最適化するために、放電間隙厚さは、従来の条件下で
作動される従来のオゾン発生器の放電間隙厚さに対して
増加される。これはシステム１０を、従来の条件下で作
動される従来のオゾン発生器の印加電圧以上の印加電圧
で作動させ得る。例えば、システム１０から切り離し
て、チャンバ２２の圧力が約１ａｔｍで作動する従来の
オゾン発生器に対する従来条件が、印加電圧「Ｖ」、放電
間隙厚さ「ｄ」であるとすると、オゾン発生器２０を含む
オゾン発生システム１０の最適条件は、チャンバ２２の
圧力が約３００〜約４００Ｔｏｒｒの範囲、例えば約３
００Ｔｏｒｒであり、印加電圧が約１Ｖ〜約２Ｖの範
囲、例えば約１．５Ｖであり、そして、放電間隙厚さが
約２ｄ〜約３．５ｄの範囲、例えば約３ｄである。特
に、Ｖ＝約１０，０００Ｖ、ｄ＝約３ｍｍが、チャンバ
２２の内部で約１ａｔｍの圧力で従来のオゾン発生器２
０を単独で作動するための最適条件である。システム１
０の放電間隙厚さは、約６〜約１２ｍｍの範囲、例えば
約９ｍｍであり得、印加電圧は約１３，０００〜約２
０，０００Ｖの範囲、例えば約１５，０００Ｖであり得
る。
【００４１】他の実施態様においては、ピストンポンプ
は、例えばオイルフリーポンプ、またはノズルおよびジ
ェット噴流(fluid jet)を利用するポンプを含む、当該
分野に公知の他のポンプで置換させ得る。さらに、オゾ
ン発生システムは、従来の誘電体障壁オゾン発生器とは
異なる酸素分子を解離するためのデバイスを含み得る。
例えば、図３のシステム１０におけるオゾン発生器２０
は、例えばアーク放電、グロー放電、非平衡電気放電、
マイクロ波放電、熱放電、および紫外光分解を含む誘電
体障壁放電(これらは当該分野で公知である)とは異なる
機構によって酸素分子を解離するデバイスで置換され得
る。このデバイス以外に、デバイスがハウジング２１の
内部のチャンバ２１内で酸素分子を解離し、ポンプ６０
が得られた酸素原子と残留してる酸素分子とを密封され
た出口パイプ５０に引き込むようなシステムが図３に類
似する。
【００４２】各実施態様において、オゾン発生システム
はポンプを含み、このポンプは、酸素分子解離チャンバ
(例えばチャンバ２２)に約１ａｔｍ未満(例えば約２０
０〜約６００Ｔｏｒｒの範囲、特に約２００〜約４００
Ｔｏｒｒの範囲)で圧力をかける。ポンプは酸素分子解
離チャンバ内で生成された酸素原子とチャンバ内に残留
している解離されていない酸素分子を、酸素分子解離チ
ャンバの下流にある比較的高い圧力(例えば約１ａｔｍ
以上)の衝突ゾーン領域に引き込む。図３および４に示
すように、衝突ゾーン領域は出口パイプの内部にあり得
る。他の実施態様においては、ポンプの下流にある別の
密封されたチャンバが衝突ゾーン領域を含み得る。酸素
原子および解離されていない酸素分子以外のものが、ポ
ンプによって酸素分子解離チャンバから衝突ゾーン領域
に引き込まれるが、さらなるガスは効率的なオゾン形成
に必要でないので、出口パイプまたは別のチャンバは、
衝突ゾーン領域内にさらなるガスを導入しないように密
封されている。
【００４３】さらなる労作なしで、上記の記載は適切に
本発明を実施し得ると考える。よって、以下の特定の実
施態様は、本発明の開示の残余を単に例示するものと解
釈され、本発明をいかようにも限定するものでないと解
釈されるべきである。本明細書中で引用される、特許を
含むすべての刊行物は、全体として参照されて本明細書
中に組み込まれる。
【００４４】
【実施例】図１および２に示されるものに類似する、従
来の誘電体障壁放電オゾン発生器を、円筒電極に約３０
ｃｍの長さのステンレス鋼チューブを用い、誘電体チュ
ーブとして約３０ｃｍの長さのパイレックスガラスを用
いて組み立てた。誘電体チューブは内側電極を取り囲
み、かつこれに接触し、そして約３ｃｍの直径であっ
た。外側電極は誘電体チューブから約３ｍｍ離して配置
して、放電チャンバを形成した。次いで、図３に示す構
成要素を従来のオゾン発生器に加えて、オゾン発生シス
テムを形成した。特に、外径約１／４インチのステンレ
ス鋼パイプを従来のオゾン発生器の出口に接続して出口
パイプを形成し、そして市販の約１３〜約１５リットル
／分のエアポンプ(Ｉｗａｋｉ製、モデルＮＯ．ＡＰ−
１１５Ｎ)をポンプとして使用した。図３に示した出口
パイプとは異なり、本実施例における出口パイプは直間
である。衝突ゾーン領域、すなわちポンプと出口バルブ
との間の出口パイプの領域は約３０ｃｍであった。
【００４５】上記のオゾン発生システムを用いて以下の
実験を行った。約７９０Ｔｏｒｒのエアを従来のオゾン
発生器の放電チャンバに、流量約３ＳＣＦＨ(standard
cubic feet per hour)で供給した。ここで、１ＳＣＦＨ
は約０．４７２リットル／分に等しい。出口パイプの衝
突ゾーン領域から出るガスの流量は約３ＣＦＨであっ
た。印加電圧は約１０，０００Ｖ、約６０Ｈｚであっ
た。ポンプを用いて、従来のオゾン発生器の放電チャン
バの圧力を、衝突ゾーン領域の圧力が約７９０Ｔｏｒｒ
に保持されるように変化させた。入口バルブ、中間バル
ブ、および出口バルブを、約３ＳＣＦＨの入口流量と約
３ＳＣＦＨの出口流量を維持するように調節した。出口
ガスに対するオゾン濃度を、当該分野に周知であるヨー
ド滴定法(iodometric method)(例えば、B.E. Saltmanお
よび N.Gilbert(Anal. Chem., 31:1914, 1959)を参照の
こと)を用いて測定した。
【００４６】従来のオゾン発生器の放電チャンバを約７
９０Ｔｏｒｒに設定した場合には、放電チャンバと衝突
ゾーン領域の圧力が等しいので、このシステムは従来の
オゾン発生器と等価である。このような条件下では、オ
ゾン生成は、約１．８ｍｇ／リットル／分であると測定
された。従来のオゾン発生器の放電チャンバの圧力を約
３７０Ｔｏｒｒに減少させた場合には、オゾン生成は約
２．７６ｍｇ／リットル／分であると測定され、これは
約５３％向上している。
【００４７】別の実施態様においては、印加電圧を約
７，０００Ｖ、約６０Ｈｚに減少させたこと以外は上記
の条件と同じである。これらの条件下では、放電チャン
バの圧力を、電圧絶縁破壊なしで約２００Ｔｏｒｒまで
減少させることができた。オゾン効率を、衝突ゾーン領
域の圧力を約７９０Ｔｏｒｒに固定しながら、放電チャ
ンバの圧力が約２００Ｔｏｒｒ〜約７９０Ｔｏｒｒの範
囲に対して測定した。得られた結果を図４に示す。ここ
で、放電チャンバの圧力に対して、オゾン生成の相対向
上率をプロットしている。相対向上率は、改善されたオ
ゾン発生器のオゾン生成と従来のオゾン発生器のオゾン
生成との間の差を従来のオゾン発生器の生成で割り、こ
れをパーセントで表記することにより与えられる。第１
の実験例に示すように、従来のオゾン発生器のオゾン生
成は、放電チャンバの圧力が約７９０Ｔｏｒｒである場
合に測定されたオゾン生成に一致する。図４は、オゾン
生成がほぼ１２００％実質的に向上したことを示す。こ
の時のオゾン生成の絶対値は、約７６７Ｔｏｒｒで約
０．１５６ｍｇ／リットル／分であり、約３０４Ｔｏｒ
ｒで約２．０ｍｇ／リットル／分であった。
【００４８】工業的に適用するには、上記実施例におけ
るオゾン発生システムのサイズをスケールアップし、放
電間隙厚さと印加電圧とを最適化すれば良い。
【００４９】他の局面、利点、および改変もまた本発明
の請求の範囲内にある。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、従来のオゾン発生器に
比較して、オゾン発生効率が実質的に向上したオゾン発
生システムが提供される。本発明のオゾン発生システム
はまた、組み立てが簡単である。特に、従来のオゾン発
生器にポンプと出口導管とを簡単に加えることによっ
て、本発明のオゾン発生システムを提供し得る。さら
に、本発明のオゾン発生システムによれば、オゾン発生
効率の向上によって、その消費電力が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は従来のオゾン発生器の長さ方向に沿った
断面図である。
【図２】図２は図１の従来のオゾン発生器のＡ−Ａ線に
沿った断面図である。
【図３】図３は図１および図２に示した従来のオゾン発
生器を用いたオゾン発生システムの模式図である。
【図４】図４は図３に示したオゾン発生システムに対す
るオゾン生成効率の向上を例証するグラフであり、以下
の条件で作動したものである：衝突ゾーン領域の圧力約
７９０Ｔｏｒｒ；出口流量 約３ＳＣＦＨ；および印加
電圧 約７０００Ｖ。
【符号の説明】
１０ オゾン発生システム ２０ オゾン発生器 ２２ 放電チャンバ ２６ 酸素供給源 ３４、３６ 電極 ３８ 誘電体チューブ ４６ 電源 ５０ 出口パイプ ６０ ポンプ ６２ 衝突ゾーン領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C01B 13/10 C01B 13/11

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 誘電体材料で分断された一対の電極を囲
    むハウジングであって、該誘電体材料および該電極の一
    方はもう一方の該電極から間隔を空けて配置されてチャ
    ンバを規定し、ここで該電極は電源からエネルギーを与
    えられた場合に該チャンバ内で酸素分子を酸素原子に解
    離する、ハウジングと；該酸素分子を該チャンバ内に導
    入する入口と；該ハウジングに接続され、該チャンバか
    らシステム内で発生させたオゾンを放出する出口までの
    密封された経路を提供する導管と；該チャンバから該導
    管の領域に気体を引き込み、かつ該チャンバの圧力より
    も高い圧力を該領域に発生させるように作動し得るポン
    プと；を含む、オゾン発生システム。
  2. 【請求項２】 前記導管はパイプである、請求項１に記
    載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記導管はステンレス鋼パイプである、
    請求項１に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記ポンプはピストンポンプである、請
    求項１に記載のシステム。
  5. 【請求項５】 前記ポンプは前記チャンバ内に約１ａｔ
    ｍ未満の圧力を発生させるように作動し得る、請求項１
    に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 前記ポンプは前記チャンバ内に約５００
    Ｔｏｒｒ未満の圧力を発生させるように作動し得る、請
    求項５に記載のシステム。
  7. 【請求項７】 前記ポンプは前記チャンバ内に約２００
    Ｔｏｒｒから約４００Ｔｏｒｒの範囲の圧力を発生させ
    るように作動し得る、請求項６に記載のシステム。
  8. 【請求項８】 前記ポンプは前記導管の前記領域内に約
    １ａｔｍより高い圧力を発生させるように作動し得る、
    請求項６に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 前記チャンバを規定する前記誘電体材料
    および前記電極は、前記もう一方の電極から約５ｍｍか
    ら約１２ｍｍの範囲の距離で間隔を空けて配置される、
    請求項１に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】 前記チャンバを規定する前記誘電体材
    料および前記電極は、前記もう一方の電極から約８ｍｍ
    から約１０ｍｍの範囲の距離で間隔を空けて配置され
    る、請求項９に記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 前記チャンバを規定する前記誘電体材
    料および前記電極は、前記もう一方の電極から約８ｍｍ
    から約１０ｍｍの範囲の距離で間隔を空けて配置され
    る、請求項８に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 前記誘電体材料はパイレックスガラス
    である、請求項１に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】 チャンバと、該チャンバ内で酸素分子
    を酸素原子に解離するデバイスとを囲むハウジングと；
    該酸素分子を該チャンバ内に導入する入口と；該ハウジ
    ングに接続され、該チャンバからシステム内で発生させ
    たオゾンを放出する出口までの密封された経路を提供す
    る導管と；該チャンバから該導管の領域に気体を引き込
    み、かつ該チャンバの圧力よりも高い圧力を該領域に発
    生させるように作動し得るポンプと；を含む、オゾン発
    生システム。
  14. 【請求項１４】 前記デバイスは、誘電体障壁放電、ア
    ーク放電、グロー放電、非平衡電気放電、マイクロ波放
    電、熱放電、または紫外光分解により前記酸素分子を解
    離させる、請求項１３に記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 前記導管はパイプである、請求項１３
    に記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 前記導管はステンレス鋼パイプであ
    る、請求項１３に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 前記ポンプはピストンポンプである、
    請求項１３に記載のシステム。
  18. 【請求項１８】 前記ポンプは前記チャンバ内に約１ａ
    ｔｍ未満の圧力を発生させるように作動し得る、請求項
    １３に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】 前記ポンプは前記チャンバ内に約５０
    ０Ｔｏｒｒ未満の圧力を発生させるように作動し得る、
    請求項１８に記載のシステム。
  20. 【請求項２０】 前記ポンプは前記チャンバ内に約２０
    ０Ｔｏｒｒから約４００Ｔｏｒｒの範囲の圧力を発生さ
    せるように作動し得る、請求項１９に記載のシステム。
  21. 【請求項２１】 前記ポンプは前記導管の前記領域内に
    約１ａｔｍより高い圧力を発生させるように作動し得
    る、請求項１９に記載のシステム。
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