JP3828970B2 - オゾン発生器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オゾン発生器に係り、とりわけ効率良くオゾンを発生することができるオゾン発生器に関する。
【０００２】
一般のオゾン発生器においては、金属電極と誘電体電極、もしくは誘電体電極同士が一対となって放電電極を構成し、その間にスペーサを挿入することにより微小な放電ギャップを形成している。両電極間の放電ギャップにオゾン原料ガスを流し、両電極間に高電圧を印加することにより放電ギャップ（空間）に無声放電が発生する。この無声放電によりオゾン化ガスが生成される。
【０００３】
ところで、原料ガスとして酸素を用いたオゾン発生器は無声放電により金属電極が酸化することがある。このようなオゾン発生器について図１１および図１２により説明する。
【０００４】
図１１および図１２は、従来のオゾン発生器の放電部の構成の一例を示す図である。図１１および図１２に示すように、オゾン発生器に誘電体電極５と金属電極６とを備え、誘電体電極５と金属電極６との間には放電ギャップを形成するためのスペーサ１３ａが挿入されている。なお、誘電体電極５の内面には導電膜４が設けられている。
【０００５】
図１１および図１２において、オゾン原料ガスがガス入口１１から気密容器１４内に流入し、その後原料ガスは誘電体電極５と金属電極６との間に形成された放電ギャップ７を流れ、ガス出口１２から流出される。この間誘電体電極５と金属電極６との間に高電圧電源１から交流の高電圧をヒューズ２および高圧給電端子３を介して印加すると、放電ギャップ７に無声放電が形成され、オゾンが発生する。無声放電で発生する熱は、金属電極６内に供給される冷却水８により冷却される。これにより、放電ギャップ７のガス温度上昇を抑制し、高濃度・高収率のオゾンが得られる。
【０００６】
また、図１２に示すように、金属電極６内に両側から一対の誘電体電極５を挿入し、金属電極６の中央部にスペーサ１３ａをそれぞれ配置したオゾン発生器も知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような従来のオゾン発生器は、以下に述べる様な問題がある。
【０００８】
すなわち図１１および図１２に示すオゾン発生器では、誘電体電極５と金属電極６との間のスペーサ１３ａが不安定であるため、均一な放電ギャップ７が維持できず、均一な放電の点弧を形成することが困難である。この場合は放電が一部に集中し、部分的な温度の上昇によるオゾンの分解、冷却の不均一性により、オゾン発生器の濃度・収率に限界がある。
【０００９】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、誘電体電極と金属電極との間の放電ギャップを所定値に定めることにより均一な放電を生成することができるオゾン発生器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円筒状の一方の電極と、一方の電極の外側に、一方の電極を囲んで設けられた他方の電極と、一方の電極と他方の電極との間に高電圧を印加する高圧電源とを備え、他方の電極は冷却されるとともに、一方の電極と他方の電極との間の放電ギャップは、０．３〜０．６ｍｍの隙間を有し、一方の電極と他方の電極との間にスペーサが介在され、このスペーサは帯材をリング状に形成し、端部同志を溶接して構成され、スペーサに半径方向の同一方向に突出する複数の半球状突起を設けたことを特徴とするオゾン発生器である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
図１乃至図３により本発明の第１の実施の形態について説明する。図１に示すように、オゾン発生器はガス入口１１とガス出口１２とを有する気密容器１４と、気密容器１４内に設けられた円筒状の誘電体電極５と、誘電体電極５の外側に配置された金属電極６とを備えている。
【００１３】
このうち誘電体電極５は、その内面に導電膜４が設けられており、導電膜４には高圧給電子３およびヒューズ２を介して高電圧電源１が接続されている。また誘電体電極５と金属電極６との間にはスペーサ１３ａが介在されており、このスペーサ１３ａによって誘電体電極５と金属電極６との間の放電ギャップ７は０．３８〜０．６２ｍｍの隙間を有している。
【００１４】
また金属電極６内には、冷却水入口９から冷却水が供給され、金属電極６内の冷却水は冷却水出口１０から流出するようになっている。
【００１５】
次に図２および図３によりスペーサ１３ａについて説明する。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、スペーサ１３ａは帯材をリング状に構成し、端部同志を溶接することにより得られる。このようにスペーサ１３ａをリング状に構成し、端部同志を溶接することにより、スペーサ１３ａを堅固に構成することができ、これによって放電ギャップ７の隙間を均一に保つことができる。
【００１６】
また図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、スペーサ１３ａは半径方向内方へ突出するとともに、スペーサ１３ａの幅方向に延びる複数の突起１７を有している。このようにスペーサ１３ａに半径方向内方へ突出する突起を設けることにより、放電ギャップ７の隙間の長さが安定化する。
【００１７】
なお、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、スペーサ１３ａに半球状突起１８を設けてもよい。
【００１８】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。まず、オゾン原料ガスがガス入り口１１から気密容器１４内に流入し、誘電体電極５と金属電極６の間の放電ギャップ７を通って、ガス出口１２から流出される。このとき気密容器１４の外から高電圧電源１によりヒューズ２および高圧給電子３を介して、導電膜４に対して高電圧が印加され、誘電体電極５と金属電極６との間で放電形成回路が形成される。この場合、放電ギャップ７において、無声放電が形成され原料ガスがオゾン化ガスを発生する。放電ギャップ７のガス温度が低い方がオゾン濃度、オゾン収率が向上するため、金属電極６内は冷却水により冷却され、放電ギャップ７のガス温度上昇が抑制される。
【００１９】
本実施の形態によれば放電ギャップ７の間隙は０．３ｍｍ〜０．６ｍｍとなっているのでオゾン濃度・オゾン収率が向上する。すなわち、放電ギャップ７の精度は±０．１５ｍｍ以下となっており、放電ギャップ７の間隙が小さい方が高収率・高濃度が得られるが、上記ギャップ精度では、誘電体電極５と金属電極６の両方から考えた場合、放電ギャップ７を０．３ｍｍ以下にすることは不可能である。また、金属電極６内の冷却水８により、放電ギャップ７を冷却する必要があり、この場合は放電ギャップ７を短縮しなればならず、放電ギャップ７の間隙は０．６ｍｍ以下にする必要がある。
【００２０】
次に図１０により、原料ガスを種々変えた場合における放電電力とオゾン濃度との関係を示す。
【００２１】
図１０に示すように、原料ガスの酸素濃度が１００％に近い時は、放電電力が低いところからオゾン濃度が飽和するが、酸素濃度が９０〜９７％にすることでオゾン濃度がさらに上昇することが可能となる。また、数％の窒素によりＮＯｘを形成し、そのＮＯｘと微量のＨ₂ Ｏが反応し、硝酸（ＨＮＯ₃ ）が生成され、金属電極６の保護膜となる。このため金属電極６の酸化防止となる。
【００２２】
第２の実施の形態
次に図４（ａ）（ｂ）により本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００２３】
図４（ａ）（ｂ）に示す第２の実施の形態は、金属電極６内に一対の誘電体電極５，５を装着したものであり、他は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００２４】
図４（ａ）に示すように各誘電体電極５と金属電極６との間には図２および図３に示すスペーサ１３ａが挿入されている。また、一対の誘電体電極５，５と金属電極６との間には、図４（ｂ）に示すように一対の誘電体電極５，５にまたがるスペーサ１３ｂが設けられている。
【００２５】
図４（ｂ）に示すように、スペーサ１３ｂは帯材をリング状に構成し、両端部を溶接して溶接部１６を形成することにより得られる。またスペーサ１３ｂには、半径方向内方へ突出する突起１９が設けられている。
【００２６】
本実施の形態によれば、スペーサ１３ｂを一対の誘電体電極５，５間にまたがらせることにより、スペーサ１３ｂを効果的に利用することができる。
【００２７】
第３の実施の形態
次に図５により本発明の第３の実施の形態について説明する。図５に示す第３の実施の形態は、高電圧電源１と高圧給電子３との間にヒューズ２の他にインダクタンス１５を直列に挿入したものであり、他は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。図５に示すように高電圧電源１と高圧給電子３との間にインダクタンス１５を設けることにより、放電部にかかる印加電圧が変化し、このため放電ギャップ７の電荷容量と誘電体電極５の電荷容量が変化し、力率の良いオゾン発生器が実現できる。ここで放電部とは導電膜４−誘電体電極５−放電ギャップ７−金属電極６から構成される部分をいう。
【００２８】
第４の実施の形態
次に図６により本発明の第４の実施の形態について説明する。図６に示す第４の実施の形態は、導電膜４−誘電体電極５−放電ギャップ７−金属電極６から構成されている放電部と並列に、ヒューズ２に対してインダクタンス１５を接続したものであり、他は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。放電部と並列にインダクタンス１５を接続したことにより、放電部にかかる電圧が変化し、放電ギャップ７の短ギャップ化による力率低下を防止することが可能となる。
【００２９】
第５の実施の形態
次に図７により本発明の第５の実施の形態について説明する。図７に示す第５の実施の形態は、誘電体電極５の内面に設けられている導電膜４の誘電体電極５開放端側の端部４ａを金属電極６端部の位置より外側に配置したものであり、他は図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。図７において、電界が緩和され放電ギャップ７の異常放電を防止し、均一に無声放電が発生し、高効率のオゾン発生器が可能となる。
【００３０】
第６の実施の形態
図８に示す第６の実施の形態は、誘電体電極５の内面に設けられた導電膜４の位置を、金属電極６の端部より内側に設定したものである。図８において、電界が緩和され、異常放電がとまり、均一な無声放電により高効率のオゾン発生器となる。
【００３１】
第７の実施の形態
図９に示す第７の実施の形態は、誘電体電極５内部に設けられた導電膜４の端部に高電圧給電子３が接触しており、この高電圧給電子３は金属性不織布製となっている。このため、導電膜４端部の電界が緩和され、異常放電・沿面放電を止め、放電ギャップ７に均一な無声放電が発生し、高効率のオゾン発生器が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一方の電極と他方の電極との間を均一に保つことができる。また、他方の電極を冷却することにより、この他方の電極によって放電ギャップを効果的に冷却することができる。このことにより高収率・高濃度のオゾンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるオゾン発生器の第１の実施の形態を示す図。
【図２】本発明によるオゾン発生器の第１の実施の形態におけるスペーサを示す図。
【図３】本発明によるオゾン発生器の第１の実施の形態における他のスペーサを示す図。
【図４】本発明によるオゾン発生器の第２の実施の形態を示す図。
【図５】本発明によるオゾン発生器の第３の実施の形態を示す図。
【図６】本発明によるオゾン発生器の第４の実施の形態を示す図。
【図７】本発明によるオゾン発生器の第５の実施の形態を示す図。
【図８】本発明によるオゾン発生器の第６の実施の形態を示す図。
【図９】本発明によるオゾン発生器の第７の実施の形態を示す図。
【図１０】原料ガスを種々変化させた場合の放電電力とオゾン濃度を示す図。
【図１１】従来のオゾン発生器を示す図。
【図１２】従来のオゾン発生器を示す図。
【符号の説明】
１ 高電圧電源
２ ヒューズ
３ 高圧給電子
４ 導電膜
５ 誘電体電極
６ 金属電極
７ 放電ギャップ
９ 冷却水入口
１０ 冷却水出口
１３ａ スペーサ
１３ｂ スペーサ
１４ 気密容器

Claims (1)

1. 円筒状の一方の電極と、
   一方の電極の外側に、一方の電極を囲んで設けられた他方の電極と、
   一方の電極と他方の電極との間に高電圧を印加する高圧電源とを備え、
   他方の電極は冷却されるとともに、
   一方の電極と他方の電極との間の放電ギャップは、０．３〜０．６ｍｍの隙間を有し、
   一方の電極と他方の電極との間にスペーサが介在され、このスペーサは帯材をリング状に形成し、端部同志を溶接して構成され、スペーサに半径方向の同一方向に突出する複数の半球状突起を設けたことを特徴とするオゾン発生器。

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