JP4161019B2 - オゾン発生装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は上下水処理、パルプ漂白処理、殺菌処理などに適用する工業用のオゾン発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
頭記のオゾン発生装置として、図5あるいは図6に示す電極構造の放電ユニットを備えたものが周知である。図5は平板電極型の放電ユニットであり、図において1は高圧電極、2は接地電極、3は接地電極2の表面に成層した誘電体(ガラス)、4は交流高電圧電源であり、高圧電極1と接地電極2とは放電間隙5を隔てて対向している。ここで、放電間隙5をガス流路として一方から酸素を含む原料ガス(空気または酸素)を供給しながら高圧電極1と接地電極2との間に交流高電圧を印加すると、電極面の全域で放電間隙にに無声放電(オゾナイザ放電)が一様に発生し、ここを通過する原料ガスの酸素分子に電子が衝突して起きるオゾン生成反応によりオゾンが生成されることは周知の通りである。
【0003】
また、図6は円筒電極型の放電ユニットであり、ガラスあるいはセラミックスで作られた片面開放形のチューブになる誘電体3の内面に金属膜を形成して高電圧電極1とし、前記チューブ形の誘電体3を包囲するように放電間隙5を隔てて円筒形の高圧電極1を同心的に配置した構成になる。なお、図示してないが、高圧電極1,接地電極2には冷却ジャケットなどを付設し、オゾン生成反応(発熱反応)により発熱した電極,および誘電体を冷却するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように無声放電によるオゾン発生装置では、電極間の放電空間に原料ガスを供給するとオゾン発生反応とオゾン分解反応が同時に起こり、双方の反応のバランスで取り出されるオゾン化ガスのオゾン濃度が決定れさる。
ここで、オゾンの分解反応には、オゾンO3 と酸素原子Oとの結合による分解反応(吸熱反応),およびオゾンO3 と電子eとの衝突による分解反応があり、このうちオゾンO3 と酸素原子Oとの結合による分解反応(吸熱反応)は原料ガスの温度を下げることによって抑制できる。これに対して、オゾンO3 と電子eとの衝突による分解反応は、次式で表すように様々な形態がある。
【0005】
e+O3 → O +O2 +e …………(1)
e+O3 → O- +O2 …………(2)
e+O3 → O2 - + O …………(3)
e+O3 → O2 + + O + 2e …………(4)
e+O3 → O+ +O- + O +e …………(5)
ところで、図5,図6に示した放電ユニットの電極構造では、ガス流路の入口から出口までの全長域で高圧電極1と接地電極2が均一な放電間隙5を隔てて対向していてその全長域で一様に無声放電が発生することから、ガス流路の入口側近くでオゾン化されたガスがガス流路の出口に到達するまでの間に放電にさらされる時間(放電空間内滞在時間)が長くなって、それだけ前式に示したオゾン分解反応が進む。その結果としてトータル的なオゾン生成効率が低下し、ガス流路の出口から取り出されるオゾン化ガスのオゾン濃度が低くなる問題がある。
【0006】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、オゾンの放電による分解を低減してトータル的にオゾン生成効率の向上が図れるように放電ユニットの電極構造を改良したオゾン発生装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、放電間隙を隔てて対向して配置した電極と、該電極間に介装した誘電体とで放電ユニットを構成し、前記電極の間に酸素を含む原料ガスを供給しながら交流高電圧を印加して電極間に発生する無声放電により原料ガスをオゾン化するオゾン発生装置において、前記対向して配置した電極の一方が、前記原料ガスが前記電極間を流れる方向に、放電が発生する領域と放電が発生しない領域が交互に形成するような間隔で、複数に分散配置した電極である(請求項1)ものとし、具体的には次記のような態様で構成することができる。
【0008】
(1) 分割電極を円柱,半円柱ないし角柱になる棒状電極、該棒状電極に対向する他方の電極が平板電極となし、かつ前記棒状電極をガス流路を横切る方向に並べて分散配置する(請求項2)。
(2) 前項(1) において、各棒状電極を平板状の電極基板の上に分散配置して一体に組立てた構成とする(請求項3)。
【0009】
上記のように、放電ユニット内のガス流路に沿って放電が発生する領域と放電が発生しない領域を交互に形成することにより、ガス流路の入口から流入し放電領域を通過する際にオゾン化されたガスは続く非放電領域を通過する過程で放電に晒されず、トータル的にもガス流路の下流側に形成された放電領域を通過する滞在時間が短くなり、それだけ放電に晒されてオゾンが分解される比率が低下して高いオゾン濃度のオゾン化ガスを取り出すことができるようになる。この点について発明者等が行った実験でも、放電ユニットのガス流路長を同じとして、従来の電極構造と比べてオゾン化ガスの生成効率を10〜20%向上できることが確認されている。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示の実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で図5,図6に対応する部材には同じ符号を付してある。
〔実施例1〕
図1(a),(b) は本発明の請求項1,2に対応る一実施例を示すものである。この実施例による放電ユニットにおいては、接地電極2を図5と同様に平板電極とし、その表面に誘電体3を成層して構成する。一方、接地電極2に放電間隙を隔てて対向する高圧電極1は次記のような電極構造で構成されている。すなわち、高圧電極1は分離独立した複数本の円柱状電極1aに分けて構成されており、各円柱状電極1aが上下に並ぶ2枚の接地電極2の間に画成されたガス流路6に沿って該流路の方向と直角方向に延在するように並べてガス流路の入口と出口の間に分散配備し、かつ各円柱状電極1aの相互間をリード線で並列接続した上で交流高圧電源4に配線されている。
【0011】
前記の電極構造において、高圧電極1と接地電極2との間に交流高圧電源4から電圧を印加すると、円柱状電極1aと接地電極2との対向面域に電界が集中してここに無声放電が一様に発生するが、円柱状電極1aの次の円柱状電極1aとの間の領域には放電が発生しない。これにより、図1(b) で表すように、放電ユニットの内部にはガス流路に沿って放電領域Aと非放電領域Bとが交互に形成されることになる。
【0012】
したがって、ガス流路6の入口(図面の左側)から供給した原料ガスは放電領域Aと非放電領域Bを交互に通過して流れ、放電領域Aを通過する際に無声放電によりオゾン化され、出口(図面の右側)からオゾン化ガスとして取り出される。なお、放電空間(ガス流路6)の圧力は絶対圧力で0.098MPa(大気圧)以上に設定する。
【0013】
この場合に、上記のように放電ユニット内のガス流路に沿って放電領域Aと非放電領域Bを交互に形成しておくことにより、放電領域Aで生成したオゾンは続く非放電領域Bを通過する過程では放電に晒されないのでオゾンが分解されることはなく、それだけオゾン化ガスが下流側の放電領域Aを通過する際の滞在時間も短くなる。これにより、オゾン生成に対するオゾン分解の比率が低下してトータル的にオゾン生成効率が高まり、ガス流路6の出口からオゾン濃度の高いオゾン化ガスを取り出すことができるようになる。なお、前記の効果を評価するために、発明者等は図1に示した放電ユニットのガス流路6を図5,図6の電極構造と同じ長さとして実験を行ったところ、オゾン生成効率が従来の電極構造と比べて10〜20%向上することが確認された。
【0014】
〔実施例2〕図2は先記した実施例1の応用実施例を示すものであり、この実施例においては、図1における円柱状電極1aを角柱状電極1bに置き換えており、そのほかの構成は図1と同様である。〔実施例3〕図3は本発明の請求項3に対応した実施例を示すものである。すなわち、この実施例においては、平板状の接地電極2と放電間隙を隔てて対向する高圧電極1が、平板状の電極基板1cと、該電極基板1cの上下両面に振り分けて分散配列した複数本の角柱状電極1b-1,1b-2とからなる。
【0015】
ここで、角柱状電極1b-1,1b-2は、実施例2に示した断面四角形の角柱状電極1bをその長手方向に沿いスライスして上下に二分したものと同等な断面三角形の角柱体になり、図3(b) で示すように一方の電極1b-1を電極基板1cの上面側に、他方の電極1b-2を電極基板1cの上下両面に接合して一体化している。
【0016】
また、図示実施例の電極基板1cは、図3(c) で示すように中空板としてその内部空間1c-1に冷却水などの冷媒を供給して基板上に配列した各電極1b-1,1b-2を一括して冷却する冷却ジャケットを兼ねた構造にしている。
かかる構成の高圧電極1を用いて接地電極2と間に交流高電圧を印加すると、角柱状電極1b-1,1b-2と接地電極2との対向面域にのみ無声放電が発生し、それ以外の領域では電極基板1cと接地電極2との間のギャップが大で放電が発生しない。これにより先記実施例1と同様に電極間のガス流路6に沿って放電領域と非放電領域が交互に形成される。しかも、電極基板1c上に分散配置した各電極1b-1,1b-2は電極基板1cと電気的に導通されているので、各電極の相互間のリード線は不要で交流高圧電源4との間の配線が簡素化される。また、電圧基板1cは各電極に対して共通な冷却ジャケットとして機能するので、高圧電極1の冷却系統も簡単になるなどの利点が得られる。
【0017】
〔実施例4〕
図4は先記従来3の応用実施例を示すものであり、高圧電極1の電極基板1cの上下両面に振り分けて配列した棒状電極を、図1に示した円柱状電極1aを長手方向にスライスて二分した形状と同等な断面半円形の柱状電極1a-1,1a-2を採用したものである。また、電極基板1cは図3(c) と同様に冷却ジャケットを兼ねた構造とする。
【0018】
なお、先記の各実施例で述べたオゾンユニットを用いて工業的な規模のオゾン発生装置を構成するには、その規模に合わせて複数の放電ユニットを上下,左右に組合せて構築するものとする。
【0019】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、放電間隙を隔てて対向して配置した電極と、電極間に介装した誘電体とで放電ユニットを構成し、前記電極の間に酸素を含む原料ガスを供給しながら交流高電圧を印加して電極間に発生する無声放電により原料ガスをオゾン化するオゾン発生装置において、前記対向して配置した電極の一方が、前記原料ガスが前記電極間を流れる方向に、放電が発生する領域と放電が発生しない領域が交互に形成するような間隔で、複数に分散配置した電極であることにより、放電によるオゾンの分解反応を低減し、従来装置の電極構造と比較してオゾン生成効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係るオゾン発生装置の放電ユニットの略示構成図であり、(a) はガス流路に沿った側面図、(b) は平面図
【図2】本発明の実施例2に係る放電ユニットのガス流路に沿った断面を示す略示構成図
【図3】本発明の実施例3に係る放電ユニットの略示構成図であり、(a) はガス流路に沿った側面図、(b),(c) はそれぞれ(a) 図における高圧電極の外形斜視図,および断面図
【図4】本発明の実施例4に係る放電ユニットのガス流路に沿った断面を示す略示構成図
【図5】従来のオゾン発生装置に採用されている平板電極型放電ユニットのガス流路に沿った断面を示す略示構成図
【図6】従来のオゾン発生装置に採用されている円筒電極型放電ユニットのガス流路に沿った断面を示す略示構成図
【符号の説明】
1 高圧電極
1a 円柱状電極
1b 角柱状電極
1c 電極基板
2 接地電極
3 誘電体
4 交流高圧電源
5 放電間隙(ガス流路)
6 ガス流路
Claims (3)
- 放電間隙を隔てて対向して配置した電極と、電極間に介装した誘電体とで放電ユニットを構成し、前記電極の間に酸素を含む原料ガスを供給しながら交流高電圧を印加して電極間に発生する無声放電により原料ガスをオゾン化するオゾン発生装置において、
前記対向して配置した電極の一方が、前記原料ガスが前記電極間を流れる方向に、放電が発生する領域と放電が発生しない領域が交互に形成するような間隔で、複数に分散配置した電極であることを特徴とするオゾン発生装置。 - 請求項1記載のオゾン発生装置において、分割電極が円柱,半円柱ないし角柱になる棒状電極、該棒状電極に放電間隙を隔てて対向する他方の電極が平板電極であり、かつ前記棒状電極をガス流路を横切る方向に並べて分散配置したことを特徴とするオゾン発生装置。
- 請求項2記載のオゾン発生装置において、各棒状電極を平板状の電極基板上に分散配置して一体化したことを特徴とするオゾン発生装置。
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