JP3839179B2 - オゾン発生装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術範囲】
この発明は、オゾン水製造装置などに用いられるオゾン発生装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来、オゾン発生装置として、一対の電極間に放電空間を形成し、前記電極の放電空間側にセラミックの誘電体を配置し、該誘電体の間に網目状の陽極を配置し、前記放電空間に酸素や空気などの原料ガスを流すことによってオゾンを発生するものが知られており、例えば特開平9−241005号公報に記載されたものがある。この公報に記載されたオゾン発生装置は、陽極の両面に先端の尖った多数の突起が形成され、さらに多数の貫通穴が構成されているエキスパンドメタル等の網目状の陽極を備えている。ここで一対の電極は陰極である。
【0003】
すなわち、図21に示すように、陰極である冷却水が通る冷却手段13,14の放電空間側に配置されるセラミック誘電体2,3の間に陽極4が配置されており、陽極4はセラミック誘電体2,3に突起先端部41,42で接触している。セラミック誘電体2,3の間に原料ガスを流し、陰極と陽極4の間に高圧高周波電圧を印加し、陽極4がセラミック誘電体2,3に接触している突起先端部41,42付近に無声放電を発生させることによって原料ガスをオゾン化するようにしている。また、陽極4は図22及び図23に示すように公知のエキスパンドメタルのような構造をした網目状の電極であり、通過する原料ガスは陽極4の貫通穴400を自由に通過するようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の網目状の陽極4では、原料ガスの一部しか無声放電している領域を通過していない。つまり、陽極4とセラミック誘電体2,3とが接近している部分は無声放電が集中しやすいが、セラミック誘電体2,3と離れている貫通穴400は無声放電が発生しにくい。ところが、無声放電が集中しやすい陽極4とセラミック誘電体2,3とが接近している部分はガス流れに対して抵抗が大きく、それ以外の貫通穴400は抵抗が小さい。このため、原料ガスは無声放電が集中しやすい陽極4とセラミック誘電体2,3とが接近している部分ではなく、それ以外の貫通穴400をその大半が流れることとなる。このためオゾン発生効率があまり高いとは言えなかった。
【0005】
また、セラミック誘電体2,3の間隔にアンバランスがあれば、間隔の狭い部分では無声放電が発生しやすいが原料ガスが流れにくくなる。一方、間隔が広い部分では原料ガスが集中しやすいが無声放電が発生しにくくなる。このため、原料ガスが放電部と接触することが少なくなり、オゾン発生効率が低下する。従って、セラミック誘電体2,3の間隔を一定に保たなくては、オゾン発生効率が高くならない。ところが、従来技術ではセラミック誘電体2,3の間隔が非常に狭いため間隔を一定に保つのは容易ではなかった。
【0006】
しかしながら、オゾン発生量を増やすために放電空間を大きくすると、放電空間の周辺部にしかセラミック誘電体2,3の間隔を一定に保つスペーサ5がないため、放電空間内のガス圧変動やセラミック誘電体2,3の反放電空間側に設置されている冷却手段13,14の水圧変動によってセラミック誘電体2,3が変形し、セラミック誘電体2,3の間隔にアンバランスが生じオゾン発生効率が低下する場合があった。このため、放電空間をあまり大きくすることができなかった。
【0007】
さらにまた、一般にオゾン発生装置ではその抵抗による発熱によって陽極4やセラミック誘電体2,3や原料ガスの温度が上昇しオゾン発生効率が低下する場合がある。このため、従来例の構成にはセラミック誘電体2,3の反放電空間側に冷却手段13,14を備えているが、陽極4はセラミック誘電体2,3と点接触であるため、冷却手段13,14による陽極4の冷却効果はほとんどない。このため陽極4の温度が上昇しオゾン発生効率が低下する場合があった。
【0008】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、オゾン発生効率が良好なオゾン発生装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として本発明は、少なくとも一対の電極間に放電空間が形成され、この一対の電極の少なくとも一方の電極の放電空間側にセラミックの誘電体層が配置され、前記放電空間に原料ガスを供給して前記放電空間に無声放電を発生させることによりオゾンガスを生成するオゾン発生装置において、前記一対の電極が陰極であり、該陰極にはそれぞれ前記放電空間側にセラミックの誘電体層が配置され、該誘電体層間には陽極が配置され、この一対の陰極の間に陽極が配置され、前記放電空間内の無声放電が発生する部位に前記原料ガスを導くとともに前記放電空間内におけるガスの流れを均一化するための、前記放電空間内を流れるガスの流れ方向の向きに沿った壁面を有する仕切り壁を設け、前記仕切り壁が絶縁体からなり、前記仕切り壁を前記陽極のガス流れ方向の長さよりも短くしたことを特徴とするオゾン発生装置である。(請求項1)
【0011】
ここで、前記絶縁体としては、前記誘電体層と同じ材質であるものが好適であり、またフッ素系樹脂であるものも好適である。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1から図20に本発明に関する実施の形態および参考図を示す。図1は本発明の第1実施形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのA−A断面図である。
【0021】
図1に示す第1実施形態に係わるオゾン発生装置は、一対の板状のフレーム108,109と、それらに取り付けられたセラミックからなる一対の誘電体層102,103と、この誘電体層102,103間に配置された陽極104とを備えている。上記フレーム108,109は互いに対向して配置され、その周辺部には誘電体層102,103を囲むようにスペーサ105が介在されて一対の誘電体層102,103が互いに所定の間隔を保つように保持されている。この一対の誘電体層102,103に挟まれた空間は無声放電が発生する放電空間112であり、上記フレーム108には、原料ガスを放電空間112に供給する原料ガス入口106及び発生したオゾンガスの取り出し口であるオゾンガス出口107が設置されている。また、誘電体層102,103の反放電空間側に陰極である冷却手段113,114が設置されており、その内部には冷却水が流れている。
【0022】
上記陽極104と陰極である冷却水とには電源11が接続されている。この陽極104は、図1の(b)に示すような従来例のエキスパンドメタルと同様な網目状電極であり、その表裏両面に先端が尖った多数の突起が形成され、この突起先端部41,42が上記両側の誘電体層102,103の表面に接触するように設けられている。また、この陽極104には多数の貫通穴400が構成されており、原料ガスが自由に通過できるようになっている。さらに、誘電体層102,103間には、誘電体層102,103に上下を接し、かつ陽極104を貫通した仕切壁115が設置されており、図1の(b)に示すように、陽極104のガス流れ方向長さより短くし、ガス流れの幅方向に複数、ほぼ等間隔に設けられている。なお、図1の(b)では貫通穴400は陽極104の一部にしか図示していないが、実際にはその全面にわたっている。
【0023】
上記構成において、陽極104と陰極である冷却水との間に電圧を印加すると、まず陽極104の先端とそれと対向した誘電体層102又は103の近接部に予備電離が発生して放電が開始する。この放電の開始によりその周辺の電子密度が増加し、その周辺の放電空間112に放電が広がっていき放電空間112を流れる原料ガスがオゾン化される。
【0024】
第1実施形態によれば、仕切壁115がスペーサの役割をするため、誘電体層102,103の間隔を一定に保つことが容易である。また放電空間内のガス圧変動や冷却手段113、114の水圧変動による誘電体層102,103の変形を防止できる。さらに、陽極104の寸法精度、フレーム108、109とスペーサ105の寸法精度及び組み立て精度が悪い場合には、陽極104の貫通穴400の大きさが不均一となり、大きい穴に原料ガス流れが集中する場合があるが、仕切壁115を設置し流れを規制することによって、貫通穴400の穴の大きなものに原料ガスが集中することを防止でき、全体として原料ガス流れの均一性が増し、それらの結果オゾンの発生効率を向上することができる。
【0025】
なお、仕切壁115が陽極104を貫通した場合を例に説明したが、仕切壁115は、仕切壁115で区切られた空間の一方の原料ガスが他の空間へ移動しなければ陽極104を貫通させてなくてもよい。また、仕切壁115の材質は原料ガスの流れを規制することができるものであれば何であってもかまわないが、金属であれば電解集中の問題が生じるため誘電体層102,103と同じ材質であることが好ましい。さらに、フッ素系樹脂例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)やPFA(テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体)等の対オゾン性のよい絶縁体であれば、仕切壁115を介して誘電体層102,103と陽極104との間が放電を伴わない通電状態とならず通電ロスがないため望ましい。
【0026】
また、図1の(b)に示すように、仕切壁115は陽極104のガス流れ方向長さより短くしているが、これは、陽極104と同じ長さとすると、陽極104を分割してしまうこととなり配線が難しくなるとともに、原料ガス入口106に近づきすぎると、原料ガスが原料ガス入口106に近い仕切壁115で仕切られた空間に流れやすくなるため、これを防止するためである。このため、陽極104を分割せず、原料ガス入口106から適当な距離を離して仕切壁115を設置することが望ましい。
【0027】
さらに、図1では、原料ガス入口106及びオゾンガス出口107をフレーム108に設置しているが、原料ガス入口106、オゾンガス出口107が放電空間112を挟んだ両側に配置されていればフレーム109側又はスペーサ105に設置してもよい。
【0028】
図2は本発明の参考図を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのB−B断面図である。
【0029】
図2に示すオゾン発生装置は、一対の円盤状のフレーム208,209と、それらに取り付けられたセラミックからなる誘電体層202,203と、この誘電体層202,203間に配置された陽極204とを備えている。上記フレーム208,209は互いに対向して配置され、その周辺部には誘電体層202,203を囲むようにスペーサ205が介在されて一対の誘電体層202,203が互いに所定の間隔を保つように保持されている。この一対の誘電体層202,203に挟まれた空間は無声放電が発生する放電空間212であり、上記スペーサ205には、図2の(b)に示すように、原料ガスを放電空間212に供給する原料ガス入口206が8ヶ所等間隔に設置されている。また、誘電体層202,203の反放電空間側に冷却手段213,214が設置されており、その内部には陰極である冷却水が流れている。
【0030】
上記陽極204と陰極である冷却水とには電源11が接続されている。この陽極204は図2の(b)に示すような従来例のエキスパンドメタルと同様な網目状電極であり、表裏両面に先端が尖った多数の突起が形成され、この突起先端部41,42が上記両側の誘電体層202,203の表面に接触するように設けられている。また、この陽極204には多数の貫通穴400が構成されており、原料ガスが自由に通過できるようになっている。さらに、陽極204、誘電体層202,203及びフレーム208,209は、図2の(b)に示すように円形であり、フレーム208の中心部には発生したオゾンガスの取り出し口であるオゾンガス出口207が設置されている。このため、原料ガスは、オゾン発生装置1の周辺部から原料ガス入口206により供給され、オゾン発生装置の中心部からオゾンガス出口207により取り出される。なお、図2の(b)では貫通穴400は陽極204の一部にしか図示していないが、実際にはその全面にわたっている。
【0031】
上記構成において、陽極204と陰極である冷却水との間に電圧を印加すると、まず陽極204の先端とそれと対向した誘電体層202又は203の近接部に予備電離が発生して放電が開始する。この放電の開始によりその周辺の電子密度が増加し、その周辺の放電空間212に放電が広がっていき放電空間212を流れる原料ガスがオゾン化される。
【0032】
第2実施形態によれば、放電空間212を円形にしたことで長方形の場合よりもフレーム208、209やスペーサ205が製作しやすくなり、誘電体202,203の間隔を一定に保つことが容易となる。また、放電空間212が長方形の場合は、ガス流れ方向の両側にスペーサ205があるため、スペーサ205付近の流れと中心部の流れとの間に速度差が生じ、ガス流れ方向に凸な速度分布ができるが、放電空間212を円形にした場合は、ガス流れ方向にスペーサ205がないためこれによる速度分布ができずガス流れが均一化する。さらに、オゾン発生装置の周辺部のスペーサ205に設置した原料ガス入口206から供給し、放電空間212の中心部のオゾンガス出口207から取り出すことで、原料ガス入口206と陽極204及び陽極204とオゾンガス出口207との距離関係が同じとなり、各原料ガス入口206ごとの生産性が均一化される。それらの結果オゾンの発生効率を向上することができる。
【0033】
ここで、原料ガス入口206は、一定間隔をおいて設ければ、原料ガスの流れが均一となりやすいため好ましい。また、第2実施形態における原料ガス入口206は8ヶ所であるが、上記により均一な原料ガス流れとなればこれに限らず、オゾン発生装置の大きさや原料ガスの量等によって適正な数を選べばよい。さらに、原料ガス入口206の断面上のガス流速分布及び各入口の流速を一定にすることが望ましい。
【0034】
図3は本発明の参考図を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのC−C断面図である。
【0035】
図3に示すオゾン発生装置は、陽極304の構造を除き、図1と同一な構成である。この陽極304の両面には、放電空間312に供給される原料ガス流れと直角な方向に帯状の突起310を誘電体層102,103に対向して設けており、陽極304は誘電体層102,103に接していない。
【0036】
上記構成において、陽極304と陰極である冷却水との間に電圧を印加すると、まず陽極304に設置した突起310の先端とそれと対向した誘電体層102又は103の近接部に予備電離が発生し放電が開始する。この放電の開始によりその周辺の電子密度が増加し、その周辺の放電空間312に放電が広がっていき放電空間312を流れる原料ガスがオゾン化される。このとき原料ガスは突起310の先端部の誘電体層102,103との間の放電が集中しやすい部分を必ず通過する。また、陽極304と誘電体層102,103とが接触していないため、放電のない通電が全くない。したがって、投入電力のすべてのエネルギーが放電に寄与することとなるとともに、原料ガスが放電の集中しやすい部分を必ず通過するためオゾンの発生効率が優れている。
【0037】
なお、陽極304と誘電体層102,103との構成は図3に示すものに限らず、図4のように、突起410が陽極404ではなく誘電体層402,403に設置させ、原料ガスを放電空間412に供給する構造としてもよい。
【0038】
また、図3の陽極304及び誘電体層102,103、フレーム108,109の形も長方形に限らず、図5に示すように、図2と同様に円形でもよい。この場合、陽極504、誘電体層202,503、フレーム208,509は円盤状で、陽極504の両面には、誘電体層202,503の間の無声放電の発生する放電空間512に供給される原料ガス流れに直角な方向、つまり図5の(b)に示すように、陽極504の中心を中心とする同心円状に突起510を誘電体202,503に対向して設けている。そして、原料ガスは原料ガス入口206から供給され、オゾンガス出口207,507から取り出すようになっている。このような構成によれば、第3実施形態で得られる効果に加え、第2実施形態で得られるガス流れの均一化を図ることができる。
【0039】
さらに、図6に示すような構成でもよい。この場合、直径の異なる円筒型のフレーム608,609が、原料ガス入口606とオゾンガス出口607とが設けられたスペーサ605を介して二重管状に配置されており、対向するフレーム608の内表面及びフレーム609の外表面とのそれぞれに誘電体層602,603が設置され、この誘電体層602,603の間に形成された放電空間612の中に円筒型の陽極604が配置され、この誘電体層602,603の反放電空間側に陰極である冷却水が流れる冷却手段613,614が設置されている。そして、この陽極604の両面に突起610が原料ガス流れと直角な方向に帯状に設置されている。このような構成によれば、第3実施形態で得られる効果に加え、省スペース化が図られる。
【0040】
図7は本発明の参考図を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのE−E断面図である。
【0041】
図7に示すオゾン発生装置は、陽極704の構造及びその配置以外は図3に示す第3実施形態と同一な構成である。この陽極704の誘電体層102に対向する面のみに、放電空間712に供給される原料ガス流れと直角な方向に帯状の突起710を設けている。また、陽極704は誘電体層103に密着している。
【0042】
この構成によれば、オゾン発生装置の薄型化が図れ、また、陽極704は誘電体層103を介して冷却手段113に面接触しているため、陽極704の冷却が効率的にできる。
【0043】
なお、陽極704と誘電体層102,103の構成は図7に限らず図8に示すように、突起810を誘電体層102に設置し、突起のない平板状の陽極804を誘電体層103に密着させ、放電空間812に原料ガスを供給するように構成してとしても、図7と同様な効果が得られる。
【0044】
また、陽極704及び誘電体層102,103、フレーム108,109の形も図7のように長方形に限らず、図9のように、陽極904の構造及びその配置以外は図2の第2実施形態と同様に円形としてもよい。この場合、陽極904は図5に示される陽極504と同様な構成であるが、その誘電体層202に対向する面のみに、放電空間912に供給される原料ガス流れの直角な方向に帯状の突起910を設けている。そして、陽極904は誘電体層203に密着している。この構成によれば図7で得られる効果に加え、図2又は図5で得られる、ガス流れの均一化が図れる。
【0045】
さらに、図10のように、陽極1004の構造とその配置以外を図6と同様にしてもよい。すなわち、誘電体層602,603の間に、突起1010を誘電体層603に面する側だけに設けられた円筒型の陽極1004を、誘電体層602に密着して配置し、放電空間1012に原料ガスを供給する構成としてもよい。この構成によれば図7で得られる効果に加え、省スペース化が図られる。
【0046】
なお、図示しないが、図9又は図10では、陽極904又は陽極1004に突起910又は突起1010が設置されているが、図8で示すように誘電体層に突起を設ける形態でもよい。つまり、図9では誘電体層202側に突起910を、図10では誘電体層603側に突起1010を設置させても、図9又は図10と同様な効果が得られる。
【0047】
ここで、図3から図10において、突起は、原料ガス流れと直角な方向で直線的な帯状に設けているが、原料ガス流れの幅方向であれば必ずしも原料ガス流れに直角ではなく角度をもたせて配置してもさしつかえない。また、直線状に限らず曲線状でもよい。さらに突起の断面形状は山型、半円型、長方形型などであってもよい。さらに、その材質は、金属などの導電体、陽極と同じ材質、誘電体層と同じ材質等であってもよい。
【0048】
図11は本発明の参考図を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのG−G断面図である。
【0049】
図11に示すオゾン発生装置は、一対の板状のフレーム1108,1109と、フレーム1108に取り付けたセラミックからなる誘電体層1102と、この誘電体層1102と対向するようにフレーム1109に配置された陽極1104とを備えている。上記フレーム1108,1109は互いに対向して配置され、その周辺部には誘電体層1102を囲むようにスペーサ1105が介在されて誘電体層1102と陽極1104とが互いに所定の間隔を保つように保持されている。この誘電体層1102と陽極1104とに挟まれた空間は無声放電が発生する放電空間1112であり、図11の(b)に示すように、上記フレーム1108及び誘電体層1102には、原料ガスを放電空間1112に供給する原料ガス入口1106がその全面に多数設置されており、スペーサ1105には発生したオゾンガスの取り出し口であるオゾンガス出口1107が設置されている。また、フレーム1108,1109には冷却手段1113,1114が設置されており、冷却手段1113の内部には陰極である冷却水が流れている。
【0050】
上記陽極1104と陰極である冷却水とには電源11が接続されている。上記構成において陽極1104と陰極である冷却水との間に電圧を印加すると、まず、誘電体層1102に設置した原料ガス入口1106の貫通穴の周辺とそれと対向した陽極1104の近接部に予備電離が発生し放電が開始する。この放電の開始によりその周辺の電子密度が増加し、その周辺の放電空間1112に放電が広がっていき放電空間1112を流れる原料ガスがオゾン化される。このとき原料ガスは原料ガス入口1106の貫通穴の周辺の放電が集中しやすい部分を必ず通過する。また、陽極1104と誘電体層1102とが接触していないため放電のない通電が全くない。したがって投入電力のすべてのエネルギーが放電に寄与することとなるとともに、原料ガスが放電が集中しやすい部分を必ず通過するためオゾンの発生効率が優れている。さらに、第1実施形態および図2〜図10の陽極、誘電体層の構造に比べ、貫通穴をあけるだけなので加工が簡単であり、放電空間1112を構成している誘電体層1102及び陽極1104は平面であるので、この間隔を保ちやすい。
【0051】
なお、原料ガス入口1106はフレーム1108及び誘電体層1102に設置されているが、原料ガス入口1106を陽極1104及びフレーム1109側に設置してもよい。
【0052】
また、図11に限らず、図12のように、図11と同じフレーム1108及び誘電体層1102とそれらに設置された原料ガス入口1106を備え、オゾンガス出口1207を陽極1204と、冷却手段1214を備えたフレーム1209側に設置し、放電空間1212に原料ガスを供給する構成でもよい。但し、この場合は、原料ガス入口1106、オゾンガス出口1207の位置が重なっていると、原料ガス入口1106から供給された原料ガスが、無声放電が発生しやすい原料ガス入口1106、オゾンガス出口1207の周辺部分を通過せずそのままオゾンガス出口1207から取り出されることになるため、図12の(a)に示すようにその位置は重ならないようにずらす必要がある。
【0053】
この構成によれば、図11で得られる効果に加え、原料ガス入口1106、オゾンガス出口1207の周辺の無声放電が集中しやすい部分が2ヶ所となるので、より確実にオゾン化ができる。
【0054】
図13は本発明の参考図を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はその側面図、(c)はそのI−I断面図である。
【0055】
図13に示されるオゾン発生装置は、円筒型のフレーム1308と、その外表面に配置されたセラミックからなる誘電体層1302と、その外方にスペーサ1305を介して取り付けられた円筒形の陽極1304とを備えている。そして、円筒型のフレーム1308の内部には、その内面に接するようにスパイラル状の冷却手段1313が設けられている。さらに、円筒形のフレーム1308の上面にはオゾンガス排出口1319が設置されている。前記円筒形のフレーム1308と、誘電体層1302とには、図13の(b)に示すように、これらを貫通するオゾンガス出口1307が、フレーム1308と、誘電体層1302の全面に複数、図13の(c)に示すように、円周方向にほぼ等間隔に設置されている。そして、前記円筒型の陽極1304には、前記オゾンガス出口1307と重ならないようずらした位置に陽極1304を貫通する原料ガス入口1306が、円周方向にほぼ等間隔に複数個設置されている。これは、もし、原料ガス入口1306とオゾンガス出口1307との位置が重なっていれば、原料ガス入口1306から供給された原料ガスが、無声放電が発生しやすい原料ガス入口1306及びオゾンガス出口1307である貫通穴の周辺部分を通過せずそのままオゾンガス出口1307を通過し、充分にオゾン化しないまま、オゾンガス排出口1319から取り出されるためである。ここで陰極はフレーム1308である。
【0056】
この構成では、原料ガスは原料ガス入口1306、オゾンガス出口1307の周辺の無声放電が集中しやすい部分を必ず通過する。また、陽極1304と誘電体層1302とが接触していないため、放電のない通電が全くない。したがって投入電力のすべてのエネルギーが放電に寄与することとなるとともに、原料ガスが放電が集中しやすい部分を必ず通過するためオゾンの発生効率が優れている。さらに、省スペース化が図れる。さらにまた、冷却手段1313をスパイラル状に設置しているため、製作がやりやすく、メンテナンス性にも優れている。
【0057】
ここで陽極1304は図14の参考図で示すような網目状電極である陽極1404であってもさしつかえない。この陽極1404は図1又は図2で示される図1又は図2の網目状電極と同様なものであり、図1、図2では平面状で使用されるのに対し、この場合はフレーム1408に巻付けて使用される。また、スペーサはなくてもよく、陽極1404と誘電体層1302は接触していてもよい。但しこの場合は、図14の(b)の側面図に示すようにオゾンガス出口1307の直上には陽極1404の貫通穴400ではない部分がくるように、かつ図14の(c)のJ−J断面図に示すように、オゾンガス出口1307と陽極1404が接触しないように設置する必要がある。これは、もし、オゾンガス出口1307の直上に陽極1404の貫通穴400があれば、陽極1404の貫通穴400から供給された原料ガスが、無声放電の発生しやすいオゾンガス出口1307の周辺部を通過せずそのままオゾンガス出口1307を通過してしまう可能性があるからである。
【0058】
この構成では、誘電体層に設置したオゾンガス出口1307の周辺とそれに対向した陽極1404の近接部の放電が集中しやすい部分を、原料ガスが必ず通過するためオゾンの発生効率が優れている。また、図13の形態のスペーサ1315に相当する部分が必要なくなり、製作しやすく、より安価でコンパクトなオゾン発生装置を提供できる。
【0059】
図15は本発明の参考図を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのK−K断面図である。
【0060】
図15のオゾン発生装置は、一対の板状のフレーム1508,1509と、それらに取り付けたセラミックからなる誘電体層1502,1503と、この誘電体層1502,1503間に配置された陽極1504とを備えている。上記フレーム1508,1509は互いに対向して配置され、その周辺部には誘電体層を囲むようにスペーサ1105が介在されて誘電体層1502,1503とが互いに所定の間隔を保つように保持されている。この誘電体層1502,1503と陽極1504とに挟まれた空間は無声放電が発生する放電空間1512であり、上記フレーム1508,1509、誘電体層1502,1503には原料ガスを放電空間1512に供給する原料ガス入口1506が、図15の(b)に示すようにその全面に複数設置されている。上記スペーサ1505には発生したオゾンガスの取り出し口であるオゾンガス出口1107が設置されている。また、フレーム1508,1509の反放電空間側に冷却手段1513,1514が設置されておりその内部には陰極である冷却水が流れている。
【0061】
上記陽極1504と陰極である冷却水とには電源11が接続されている。上記構成において陽極1504と陰極である冷却水との間に電圧を印加すると、まず誘電体層1502,1503に設置した貫通穴である原料ガス入口1506の周辺とそれと対向した陽極1504の近接部に予備電離が発生し放電が開始する。この放電の開始によりその周辺の電子密度が増加し、その周辺の放電空間1512に放電が広がっていき放電空間1512を流れる原料ガスがオゾン化される。
【0062】
この構成によれば、原料ガスは原料ガス入口1506の貫通穴の周辺の放電が集中しやすい部分を必ず通過する。また陽極1504と誘電体層1502,1503とが接触していないため放電のない通電が全くない。したがって投入電力のすべてのエネルギーが放電に寄与することとなるとともに、原料ガスが放電が集中しやすい原料ガス入口1506の貫通穴の周辺部分を必ず通過するためオゾンの発生効率が優れている。さらに、原料ガス入口1506の総面積を大きくとれるので大容量の発生の向いている。
【0063】
また、図16に示す参考図のように、図1と同じフレーム108,109、誘電体層102,103、冷却手段113,114を備え、陽極1604とスペーサ1605との間にシール材1617を配置し、陽極1604の表裏両面に面する放電空間を分離し、原料ガス入口1606をスペーサ1605の誘電体層102に面した放電空間1612側へ及びオゾンガス出口1607をスペーサ1605の誘電体層103に面した放電空間1612側に別々に設け、誘電体層102に面した放電空間1612側に設けた原料ガス入口1606から原料ガスを供給し、陽極1604に設けた原料ガス通路1616を通過させ、誘電体層103に面した放電空間1616側に設けたオゾンガス出口1607から取り出すようにしてもよい。
【0064】
この構成であれば、陽極1604にのみ貫通穴である原料ガス通路1616を設けるだけでよいので、製作がやりやすく、原料ガスが誘電体層102に面した放電空間1612側と、誘電体層103に面した放電空間1612側とで2回にわたって放電が発生しやすい原料ガス通路1616の周辺部分を通過するので確実にオゾン化ができる。
【0065】
さらに、図17に示す参考図のように、冷却手段1713を備えるフレーム1708及び誘電体層1702に原料ガス入口1706を、冷却手段1714を備えるフレーム1709及び誘電体層1703にオゾンガス出口1707を、図16に示す図16と同様に陽極1604に原料ガス通路1616を、図17の(b)のようにそれぞれの全面に多数の貫通穴として設けた構成でもよい。但し、この場合は、図17の(a)のように、それぞれの貫通穴の位置をずらし重ならないように配置し、原料ガスを通過させる必要がある。これは、それぞれの貫通穴が重なった位置にあった場合、原料ガス入口1706から誘電体層1702に面する放電空間1712へ供給された原料ガスが、原料ガス入口1706周辺及び原料ガス通路1616の周辺及びオゾンガス出口1707の周辺の放電が発生しやすい部分を通過せずそのまま原料ガス入口1706から原料ガス通路1616を通過し、そして、充分オゾン化しないまま誘電体層1703に面する放電空間1712よりオゾンガス出口1707から取り出されることとなるためである。
【0066】
この構成であれば、原料ガス入口1706、原料ガス通路1616、オゾンガス出口1707の周辺の放電が発生しやすい部分を、少なくとも3回通過するため、より確実にオゾン化が図れる。さらに、原料ガス及びオゾンガスの通路の総面積を大きくとれるので大容量の発生の向いている。
【0067】
図18は本発明の参考図を示すオゾン発生装置の断面図である。
【0068】
図18に示すオゾン発生装置1は、図15の形態を円筒状にしたものであり、フレーム1808,1809と、誘電体層1802,1803とは直径の異なる円筒型で、スペーサ1805を介して二重管状となっており、この誘電体層1802,1803と陽極1804とに挟まれた空間は無声放電が発生する放電空間1812であり、誘電体層1802,1803の間に円筒型の陽極1804を備えている。また、フレーム1808,1809と、誘電体層1802,1803とには、原料ガス入口1806である貫通穴が設置されており、前記スペーサ1805にはオゾンガス出口1807が設置されている。さらに、フレーム1808,1809には冷却手段1813,1814が設置されておりその内部には冷却水が流れている。さらにまた、フレーム1808の上部端面には原料ガス供給口1818が設置されている。
【0069】
上記陽極1804と冷却手段1813,1914の内部を流れる陰極である冷却水とには電源11が接続されており、図15に示す第15実施形態と同様に無声放電が発生し、原料ガスがオゾン化される。このとき、原料ガスは原料ガス入口1806周辺の放電が集中しやすい部分を必ず通過する。また陽極1804と誘電体層1802,1803とが接触していないため放電のない通電が全くない。この構成であれば第15実施形態で得られる効果に加え、省スペース化が図れる。
【0070】
なお、図19に示す形態のような構成でもよい。図19の形態は、図16に示す形態を円筒状にしたものであり、フレーム608,609と、誘電体層602,603と、冷却手段613,614は図6と同じ構成である。フレーム608とフレーム609は直径の異なる円筒型で、スペーサ1905を介して二重管状となっており、対向する表面にはそれぞれ誘電体層602,603が備えられている。また、誘電体層602,603の間には陽極1904が備えられており、陽極1904とスペーサ1905の間には、陽極1904の内外面に面した放電空間を誘電体層602側放電空間1912と誘電体層603側放電空間1912に分割するシール部材1917が備わっている。この構成であれば図16の形態で得られる効果に加え、省スペース化が図れる。
【0071】
また、図20に示す参考図のような構成でもよい。図20の形態は、図17に示す形態を円筒状にしたものであり、フレーム2008とフレーム2009とは直径の異なる円筒型で、スペーサ2005を介して二重管状となっており、対向する表面にはそれぞれ誘電体層2002,2003が備えられている。また、誘電体層2002,2003の間には陽極2004が備えられており、陽極2004とスペーサ2005の間には、陽極2004の内外面に面した放電空間を誘電体層2002側放電空間2012と誘電体層2003側放電空間2012に分割するシール部材2017が備わっている。そして、フレーム2008及び誘電体層2002にはオゾンガス出口2007、フレーム2009及び誘電体層2003には原料ガス入口2006、陽極2004には原料ガス通路2016がそれぞれその全面に多数の貫通穴として設置されており、それぞれの貫通穴の位置が重ならないようにずらして配置している。この構成であれば図17の形態で得られる効果に加え、省スペース化が図れる。
【0072】
以上の形態では、一つのオゾン発生装置について説明したが、これらは各形態の装置を複数備えた装置としてもよい。
【0073】
また、陽極に対する陰極は冷却手段を流れる冷却水又はフレームに相当するが、公知のように、誘電体層の反放電側に設置される金属板やフレームや冷却水等を陰極としてもよい。
【0074】
さらに、冷却手段については水冷に限らず空冷でもよい。又、その構造もジャケット方式やチューブ方式などいかなる方法でもよい。但し、フレームとそれに接した陽極又は誘電体を貫通する貫通穴を設置している場合は、当然のことながら、フレームと陽極又は誘電体に設置している原料ガス入口又はオゾンガス出口である貫通穴を流れる原料ガス又はオゾンガスの通過を妨げないように設置する必要がある。
【0075】
さらにまた、図2、図5、図9の形態を除く形態では、それぞれの原料ガス入口とオゾンガス出口の位置は逆でもよい。すなわち、原料ガス入口をオゾンガス出口として、オゾンガス出口を原料ガス入口としてもなんら問題ない。
【0076】
【発明の効果】
以上のように本発明は、放電空間内の無声放電が発生する部位に前記原料ガスを導くとともに、前記放電空間内におけるガスの流れを均一化するガス流規制手段としての仕切壁を設けたことによって、オゾン発生効率を向上する効果がある。また、仕切壁がスペーサの役割をするため誘電体層の間隔を一定に保つことが容易である。また、放電空間内のガス圧変動や変動やセラミック誘電体層の反放電空間側に設置されている冷却手段の水圧変動で誘電体層が変形を防止できる。さらに仕切壁により流れを規制してやることで無声放電が発生しやすい陽極と誘電体層とが接近している部分ではなくそれ以外の貫通穴に原料ガスが集中することを防止でき、その結果オゾンの発生効率を向上することができる。さらに、上記仕切壁の材質を絶縁体としてあるので、電解集中や放電をともなわない通電が生じない。そして、一対の電極が陰極であり、該陰極にはそれぞれ前記放電空間側にセラミックの誘電体層が配置され、該誘電体層間には陽極が配置されているので陽極の表裏両面を使用しオゾンを発生することができるためより大容量のオゾンを生成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのA−A断面図である。
【図2】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのB−B断面図である。
【図3】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのC−C断面図である。
【図4】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の断面図である。
【図5】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのD−D断面図である。
【図6】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の断面図である。
【図7】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのE−E断面図である。
【図8】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の断面図である。
【図9】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのF−F断面図である。
【図10】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の断面図である。
【図11】 本発明の参考の実施形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのG−G断面図である。
【図12】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのH−H断面図である。
【図13】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図あり、(b)はその側面図であり、(c)はそのI−I断面図である。
【図14】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図あり、(b)はその側面図であり、(c)はそのJ−J断面図である。
【図15】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのK−K断面図である。
【図16】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)は断面図であり、(b)はそのL−L断面図である。
【図17】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の図であり、(a)はその断面図であり、(b)はそのM−M断面図である。
【図18】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の断面図である。
【図19】 本発明の参考の形態を示すオゾン発生装置の断面図である。
【図20】 本発明の参考の実施形態を示すオゾン発生装置の断面図である。
【図21】 従来例のオゾン発生装置の断面図である。
【図22】 従来例のオゾン発生装置で使用される陽極の部分切り欠き平面図である。
【図23】 図22のN−N断面図である。
【符号の説明】
1:オゾン発生装置 11:電源
102,103:誘電体層 104:陽極
105:スペーサ 106:原料ガス入口
107:オゾンガス出口 108,109:フレーム
112:放電空間 113,114:冷却手段
115:仕切壁 41,42:突起先端部
Claims (1)
- 少なくとも一対の電極間に放電空間が形成され、この一対の電極の少なくとも一方の電極の放電空間側にセラミックの誘電体層が配置され、前記放電空間に原料ガスを供給して前記放電空間に無声放電を発生させることによりオゾンガスを生成するオゾン発生装置において、前記一対の電極が陰極であり、該陰極にはそれぞれ前記放電空間側にセラミックの誘電体層が配置され、該誘電体層間には陽極が配置され、この一対の陰極の間に陽極が配置され、前記放電空間内の無声放電が発生する部位に前記原料ガスを導くとともに前記放電空間内におけるガスの流れを均一化するための、前記放電空間内を流れるガスの流れ方向の向きに沿った壁面を有する仕切り壁を設け、前記仕切り壁が絶縁体からなり、前記仕切り壁を前記陽極のガス流れ方向の長さよりも短くしたことを特徴とするオゾン発生装置。
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