JP4161019B2 - オゾン発生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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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