JP4365595B2

JP4365595B2 - Ozone generation method and ozone generator

Info

Publication number: JP4365595B2
Application number: JP2003017674A
Authority: JP
Inventors: 昭村井; 徳夫田原
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: JP2004224671A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電を利用してオゾンを発生させる方法および装置に関する。より詳しくは、放電により荷電状態となった物質を利用したオゾンの発生方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境、特に水環境に対する人々の関心が高くなってきている。そして、上水道のオゾン処理が広く行われており、下水処理水に対するオゾン処理などの高度処理が行われ始めている。オゾンはエネルギー多消費型の原料物質であり、１ｋｇのオゾンを製造するために１３ｋＷもの電力を要する。そして、そのエネルギーの大部分が熱として失われ、オゾン分子形成に寄与する実質的な電力は約５％ほどである。このオゾン発生器の原理としては、空気または酸素ガス中での電気放電の制御方法が各種考案されてきた。
オゾンの生成方法としては、無声放電を利用したものが多く知られている。無声放電式オゾン生成装置は１又は２の誘電体を挟んで対向した電極を有し、誘電体と電極との隙間又は誘電体同士の隙間に酸素を含む原料ガスを通過させながら電極に交流高電圧を印加し、無声放電により酸素を解離させてオゾンを生成するものである。そして、オゾン生成量は、電極に加えるエネルギーに比例して増加し、印加電圧や、周波数によりオゾン生成量を増やすことができる。
そして、１又は２の誘電体を挟んで対向する電極の誘電体と電極との隙間又は誘電体同士の隙間に酸素を含む原料ガスを通過させながら前記電極に交流高電圧を印加し、無声放電により酸素を解離させてオゾンを生成する無声放電式オゾン生成装置の使用に際し、交流高電圧を１〜８００回／秒のスイッチング回数で間欠的に印加する無声放電式オゾン生成方法である。この放電方法は、交流高電圧を間欠的にすることで、電極に加える実質的なエネルギーを低減してオゾン収率を高めるものである。例えば、特許文献１などである。
【０００３】
また、放電による酸素気体中の放電生成物としては、Ｏ₂ ⁺、Ｏ₂（Ｗ）、Ｏ（¹Ｄ）、Ｏ、Ｏ₂（ｂ¹Σｇ⁺）、Ｏ^-、Ｏ₂（ａ¹Δｇ）、Ｏ₂ ^-が揚げられる。この内、オゾンの生成エネルギーに近い生成エネルギーを有するＯ₂（ｂ）、Ｏ^-、Ｏ₂（ａ）等の粒子が主にオゾンの生成に関与すると考えられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３２４５０４号公報
【非特許文献１】
昭和５４年度文部省科学研究費総合研究（Ｂ）：「オゾナイザの高収率化とオゾン反応の環境化学的適用性に関する研究」、研究報告書、１９８０年３月、ｐｐ．４７−６４
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、多くの方法は、電気放電の制御を行うものであり、放電部分を出たオゾンを含んだガスについては検討がなされてこなかった。
このため、従来の技術においては、いずれも無声放電によりオゾンが発生する過程を十分に考慮したものではなく、無声放電用電極にかける電圧制御によりオゾンの発生効率の極大値に調節するものである。
そして、オゾンの生成に大きくかかわるＯ₂（ｂ）、Ｏ^-、Ｏ₂（ａ）等の粒子の挙動について、制御は行われず、これらの粒子の多くをそのまま放出しているものである。このため、オゾンの生成効率が低く、多くのエネルギーを放出しているものである。また、Ｏ^-をそのまま放出する場合には、酸素分子との衝突確率が非常に小さくなり、オゾン生成に関与することなく排出され、他の物質と反応し、オゾンが生成されないものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明者等は、オゾンの収率を向上すべく、放電後のオゾンを含んだガス中に存在するイオン化された酸素原子の活用を考え、このイオン化した酸素原子を電磁的に誘導して酸素分子との衝突確率を増加させることにより、オゾン収率の向上を目指すものである。そして、イオン化した酸素原子を回転電界により強制的に回転させ、螺旋軌道を描かせることにより、酸素分子との衝突確率を増加させるものである。すなわち、放電による酸素気体中の放電生成物の内、オゾン生成エネルギーを有するＯ^-に着目し、積極的に回転運動を与え、且つ、ガスの自然拡散方向と異なる軌跡を与えることにより、酸素分子との衝突確率を増加させオゾン収率の向上を図るものである。
【０００７】
酸素ガスに電気放電を行うことにより生成される物質において、荷電を有する物質を電磁気的に誘導して、未反応物質に衝突させることにより、生成反応を促進して、生成効率を向上させるものである。オゾンの生成においては、酸素分子への衝突確率を増大させるものであり、オゾンの生成効率を向上させるものである。そして、荷電した物質としては、オゾン生成エネルギーを有するＯ⁻を利用するものであり、誘導手段としては電磁気により誘導することにより負に荷電した酸素原子を他の物質に接触させることなく、酸素分子に衝突させることができるものである。
【０００８】
本発明は次のような手段を用いる。
請求項１に記載のごとく、放電を利用したオゾンの発生方法であって、酸素ガスに放電を行った後に、放電により負に荷電した酸素原子及び未反応の酸素分子を含むガスを３本の電極による回転電界のかかった空間内に導入する。
【０００９】
そして、請求項２に記載のごとく、放電を利用したオゾンの発生装置であって、酸素ガスを導入して放電を行うイオン化室と、３本の電極による回転電界をかけるイオン回転室とを有し、イオン化室をイオン回転室に接続するとともに、イオン化室において酸素ガスが放電を受けて生成した負に荷電した酸素原子及び未反応の酸素分子を含むガスをイオン回転室に導入するオゾン発生装置を構成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のオゾン高効率発生方法の概要について、図を用いて説明する。
図１は本発明のオゾン収率向上手段を示す模式図である。図１を用いてオゾンの収率向上方法について説明する。
オゾン収率向上手段は、放電部１と再反応部２により構成されている。放電部１において供給された酸素ガスに放電を行い、オゾンを生成するとともに、未反応のガスを再反応部２に供給するものである。そして、再反応部２において未反応のガスよりオゾンを生成するものであり、特に、未反応の酸素分子と負に荷電した酸素原子とによりオゾンを生成するものである。
【００１１】
放電部１には、供給管３により酸素ガスが供給され、放電電極４により放電が行われる。これにより、放電部１内において酸素ガスよりオゾンが生成するとともに、負に荷電した酸素原子などが生成する。放電部１に酸素ガスを供給することにより、酸素ガス、オゾンおよび負に荷電した酸素原子は放電部１と再反応部２とを連通する連通孔５より再反応部２に供給される。
再反応部２には、排出口６が設けられており、連通孔５より供給された気体は排出口６へと流れるものである。そして、この気体には、放電部１において生成したオゾン、負に荷電した酸素原子、未反応の酸素分子が含まる。そして、この気体中において、負に荷電した酸素原子を電磁気的手法により再反応部２内において誘導することにより、負に荷電した酸素原子を他の気体分子と異なる挙動を取らせ酸素分子に衝突し易くするものである。これにより、オゾンを生成し易くするものである。オゾンを生成するに十分なエネルギーを持った酸素原子と未反応の酸素分子とを接触しやすくすることより、オゾンの生成効率を向上させるものである。負に荷電した酸素原子を電磁気的手法により誘導するので、負に荷電した酸素原子の寿命を長く保つことができ、他の物質との接触を避けながら酸素分子への衝突確率を向上することができる。これにより、再反応部２において効率的にオゾンを生成することができるものである。そして、再反応部２のガスは排出口６より排出される。
【００１２】
次に、再反応部２における負に荷電した酸素原子Ｏ^-の誘導方法について説明する。再反応部２内において、Ｏ^-に回転電界を与えることにより、Ｏ^-を再反応部２内において螺旋状の軌道に沿って移動させることができるものである。
図２はＯ^-の軌道の一例を示す図である。負に帯電させたイオンを図２のＸＹ平面上でＸ軸と４５°の角度で再反応部２内に射出する。
（この再反応部２にはＸ軸方向に磁場ＢをＹＺ平面上に回転電界Ｅを印加している。）
この電場において、Ｏ^-は図２のような回転運動を行う。回転電界によるイオンの回転運動において、回転電界に対応する速度は回転電界と同期するように一意的に決まる。このため、ＹＺ平面上の初速度の全てを電界の回転に使用した場合には、イオンは注入端からＸ軸方向に真直ぐ螺旋回転して進む。そして、ＹＺ平面上の速度が負になったときは、ＸＹ平面において逆方向に進むこととなる。
【００１３】
図３は３重電極を有する再反応部２の内部構成を示す斜視図である。
再反応部２は前後方向に延出された筒状に構成されており、この再反応部２内に３重電極が配設されている。３重電極は電極１１・１１・１１により構成されており、電極１１は、前後方向に、互いに平行に配設されるとともに、正三角形の頂点位置に各電極１１が配設された構成となっている。この電極１１にそれぞれ、位相が１２０°ずつ、ずれた周波数の電圧を印加することにより、回転電界を発生させる。この回転電界により再反応部２内に導入されたイオンは螺旋状の軌跡を描きながら進むこととなる。
【００１４】
さらに、再反応部２に磁界をかける場合について説明する。図４は磁界をかけた場合におけるＯ^-の挙動例を示す図、図５は同じくＹＺ平面におけるＯ^-の挙動例を示す図である。電極１１の延出方向（図３においてＸ軸方向）にかける磁界を調節して、Ｏ^-イオンを回転運動させることが可能である。
回転電界をかけながら、磁界をかけることにより、重ね合わせの理から回転電界による回転とともに磁界による回転運動も行うものである。図５に示す例においては、回転電界により小さな回転を行いながら、磁界により大きな円を描きながら運動するものである。
このように、電界もしくは磁界、あるいは電界および磁界によりＯ^-イオン回転運動を制御してＯ^-イオンの酸素分子への衝突確率を増加させるものである。
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図６はオゾン発生装置の模式図である。図６に示すオゾン発生装置は、酸素ガスに放電を行い、オゾンを生成するとともに、放電により発生した負に荷電した酸素原子を酸素分子に衝突させて、さらにオゾンを生成するものである。
オゾン発生装置は、主に、酸素貯蔵部２１、ガス流量制御装置２２、放電部であるイオン化室２３、イオン化室２３に接続されたイオン化用高電圧源２０、再反応部であるイオン回転室２４、高周波三相交流発生器２５により構成されている。酸素貯蔵部２１は、酸素ボンベなどにより構成されるオゾンを生成するための酸素の貯蔵を行うものである。ガス流量制御装置２２はイオン化室２３へ供給する酸素量の調節を行うものである。イオン化室２３はイオン化室２３内に導入された酸素分子に放電を行うものである。
【００１６】
図７はイオン化室の一部側面断面図である。イオン化室２３は、筒体２９、針電極２８、平板電極３１、ガス供給管２７、高圧ケーブル２６により構成されている。筒体２９は内側にガラス製容器を装着したステンレス製筒により構成されており、通気孔３０が設けられている。筒体２９の一端には高圧ケーブル２６が接続されており、この高圧ケーブル２６に接続する針電極２８が配設されている。そして、筒体２９の他端には通気孔３０が設けられており、通気孔３０より針電極２８側に平板電極３１が配設されている。さらに、筒体２９にはガス供給管２７が貫通しており、筒体２９内部に酸素ガスを供給可能にしている。
【００１７】
イオン化室２３は内部に酸素ガスを導入して、放電によりオゾンおよびイオン化した酸素原子を発生させるものである。イオン化室２３において筒体２９内にガス供給管２７より酸素ガスが供給され、針電極２８と平板電極３１との間で放電が行なわれる。そして、さらに酸素ガスを筒体２９内に供給することにより、放電をうけたガスが通気孔３０より筒体２９の外へ排出される。イオン化室２３より排出されたガスは、イオン回転室２４内に導入される。
【００１８】
図８はイオン回転室の構成を示す側面断面図である。イオン回転室２４は、筒体３４の両端を閉じ、一方にイオン化室２３を装着し、他方にオゾンガス排出口３５を装着したものであり、内部に３重電極３３を配設したものである。イオン化室２３はイオン回転室２４において、筒体３４の延出方向に対して約４５°の角度で挿入されている。これにより、３重電極３３に回転電界をかけて、イオン化室２３より排出されたガスに含まれるイオンを回転させ、イオンの進行方向とガスの進行方向をずらすものである。そして、イオン化室２３よりガスが供給されることにより、筒体３４内のガスがオゾン排出口３５より排出されるものである。イオン回転室２４内において、荷電した酸素原子を回転運動させて、酸素分子との衝突確率を増加させることにより、オゾンの生成効率を向上させることができるものである。
【００１９】
オゾン発生装置としては、磁界を利用して荷電した酸素原子を誘導するものを用いることも可能である。図９は磁界を利用するオゾン発生装置を示す図である。図９に示すオゾン発生装置は、酸素ガスに放電を行い、オゾンを生成するとともに、放電により発生した負に荷電した酸素原子を回転電界および磁界により誘導して酸素分子に衝突させて、さらにオゾンを生成するものである。
オゾン発生装置は、酸素貯蔵部２１、ガス流量制御装置２２、放電部であるイオン化室２３、イオン化室２３に接続されたイオン化用高電圧源２０、再反応部であるイオン回転室２４、高周波三相交流発生器２５、イオン回転室２４に巻かれたコイル１８および、コイル１８に接続した直流電源１９により構成されている。
そして、直流電源１９よりコイル１８に電流を通すことにより、コイル１８によりイオン回転室２４に磁界が発生し、イオン回転室２４内に導入された荷電物質に回転運動をさせることができるものである。そして、これにより、荷電した酸素原子と酸素分子との衝突確率を増加させて、オゾン生成の効率を向上できるものである。
【００２０】
【実施例】
次に、オゾン発生装置によるオゾン生成結果について説明する。
オゾン発生装置は、図６に示した装置に、オゾン濃度計と取り付けて行ったものである。
酸素ガスは、酸素ガスボンベより９９．５％の酸素ガスを供給し、ガス流量制御装置として最大流量２Ｌ／ｍｉｎのマスフローコントローラを利用した。そして、イオン化高圧電源として最大電流７μＡの直流高電圧源を利用した。高周波三相交流発生器においては、周波数を１８０ＫＨｚ、電圧を０．６Ｖとした。オゾン濃度計としては、濃度範囲０〜１０ｐｐｍのものを利用した。
【００２１】
ます、放電状態の変化によるオゾン収率変化の確認のために、回転電界を印加することなく、直流高電圧によるイオン化の状態を測定した。実験条件は、供給酸素量５０ｍｌ／ｍｉｎとし、回転電界をかけない場合と、かけた場合とで、それぞれ３時間ずつ測定し、オゾン濃度の変化を見た。
図１０は回転電界によるオゾン濃度の影響を示す図である。図１０において、横軸は時間軸であり、３時間目以降において回転電界をかけたものである。図１０に示すごとく、回転電界をかけた後には、オゾン濃度が２倍ほどに上昇した。このように、放電を行った後の酸素ガスを、回転電界をかけた筒体内に導入することにより、オゾンの生成効率を向上できるものである。
【００２２】
【発明の効果】
このように、酸素ガスを導入して、放電によりオゾンを発生するとともに、同時に生成する荷電状態の酸素原子および酸素を利用して、オゾンを発生させるので、放電に用いたエネルギーを効率的に利用して、オゾンを生成できる。さらに、オゾン生成に用いる酸素を効率的にオゾンとすることが可能であるため、高い濃度のオゾンを効率的に生成できる。また、３本の電極による回転電界を用いて荷電酸素原子の回転運動を制御するので、容易に荷電酸素原子の酸素分子との衝突確率を増加できる。そして、電磁気的手法を用いて荷電酸素原子を誘導するので、荷電酸素原子である負に帯電した酸素原子の寿命を長く保つことができ、荷電酸素原子を容易に扱うことが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオゾン収率向上手段を示す模式図。
【図２】Ｏ^-の軌道の一例を示す図。
【図３】３重電極を有する再反応部２の内部構成を示す斜視図。
【図４】磁界をかけた場合におけるＯ^-の挙動例を示す図。
【図５】同じくＹＺ平面におけるＯ^-の挙動例を示す図。
【図６】オゾン発生装置の模式図。
【図７】イオン化室の一部側面断面図。
【図８】イオン回転室の構成を示す側面断面図。
【図９】磁界を利用するオゾン発生装置を示す図。
【図１０】回転電界によるオゾン濃度の影響を示す図。
【符号の説明】
２１酸素貯蔵部
２２ガス流量制御装置
２３イオン化室
２４イオン回転室
２５高周波三相交流発生器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for generating ozone using electric discharge. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for generating ozone using a substance that is charged by discharge.
[0002]
[Prior art]
In recent years, people's interest in the environment, particularly the water environment, has increased. And water treatment ozone treatment is widely performed, and advanced treatment such as ozone treatment for sewage treated water is started. Ozone is an energy-consuming raw material, and requires 13 kW of electricity to produce 1 kg of ozone. And most of the energy is lost as heat, and the substantial electric power contributing to ozone molecule formation is about 5%. As the principle of the ozone generator, various methods for controlling electric discharge in air or oxygen gas have been devised.
As a method for generating ozone, many methods using silent discharge are known. The silent discharge type ozone generator has electrodes facing each other with one or two dielectrics sandwiched between them, and a source gas containing oxygen is passed through the gap between the dielectrics or between the dielectrics. A voltage is applied and oxygen is dissociated by silent discharge to generate ozone. The ozone generation amount increases in proportion to the energy applied to the electrode, and the ozone generation amount can be increased by the applied voltage and frequency.
Then, an alternating high voltage is applied to the electrode while passing a source gas containing oxygen through the gap between the dielectrics of the electrodes facing each other with the dielectric of 1 or 2 or between the dielectrics, and silent discharge is performed. This is a silent discharge type ozone generation method in which an alternating high voltage is intermittently applied at a switching frequency of 1 to 800 times / second when using a silent discharge type ozone generation device that generates ozone by dissociating oxygen. This discharge method is to intermittently apply an alternating high voltage, thereby reducing the substantial energy applied to the electrode and increasing the ozone yield. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561.
[0003]
In addition, discharge products in oxygen gas due to discharge include O ₂ ⁺ , O ₂ (W), O ( ¹ D), O, O ₂ (b ¹ Σg ⁺ ), O ⁻ , O ₂ (a ¹ Δg ), O ₂ ^- is fried. Among these, it is considered that particles such as O ₂ (b), O ⁻ , O ₂ (a) having a generation energy close to the generation energy of ozone are mainly involved in the generation of ozone (for example, Non-Patent Document 1). reference).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-10-324504 [Non-Patent Document 1]
1979, Ministry of Education Scientific Research Fund (B): “Study on high yield of ozonizer and environmental chemical applicability of ozone reaction”, Research Report, March 1980, pp. 47-64
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, many methods control electric discharge, and no study has been made on the gas containing ozone that has exited the discharge portion.
For this reason, none of the conventional techniques fully considers the process of generating ozone by silent discharge, and adjusts the maximum ozone generation efficiency by voltage control applied to the silent discharge electrode. .
The behavior of particles such as O ₂ (b), O ⁻ , and O ₂ (a), which are greatly involved in the generation of ozone, is not controlled, and many of these particles are released as they are. For this reason, the generation efficiency of ozone is low and a lot of energy is released. Also, O ^- in the case of the intact release probability of collision with oxygen molecules is very small, is discharged without being involved in the ozone generation, reacting with other substances, in which ozone is not generated.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to improve the yield of ozone, the present inventors considered the use of ionized oxygen atoms present in the gas containing ozone after discharge, and electromagnetically induced the ionized oxygen atoms to generate oxygen. The aim is to improve the ozone yield by increasing the probability of collision with molecules. Then, ionized oxygen atoms are forcibly rotated by a rotating electric field to draw a spiral trajectory, thereby increasing the probability of collision with oxygen molecules. That is, paying attention to O ⁻ having ozone generation energy among discharge products in oxygen gas due to discharge, oxygen molecules are positively given rotational movement and given a trajectory different from the natural diffusion direction of gas. The ozone yield is improved by increasing the probability of collision with the water.
[0007]
In quality ones produced by the oxygen gas for electrical discharge, as a substance having a charged electromagnetically induced, by impinging on the unreacted materials, which promote formation reaction, improving the production efficiency It is. In the production of ozone, the probability of collision with oxygen molecules is increased, and the production efficiency of ozone is improved. As the charged substance, O ⁻ having ozone generation energy is used, and as an inductive means, oxygen molecules that are negatively charged by inducing electromagnetically are brought into contact with other substances without being brought into contact with other substances. Can be made to collide with.
[0008]
The present invention uses the following means.
The method of generating ozone as claimed in claim 1, wherein after the discharge to the oxygen gas, three gases containing oxygen atoms negatively charged by the discharge and unreacted oxygen molecules are discharged. It is introduced into a space where a rotating electric field is applied by electrodes .
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an ozone generator using discharge, comprising: an ionization chamber for performing discharge by introducing oxygen gas; and an ion rotation chamber for applying a rotating electric field by three electrodes. and, with connecting the ionization chamber to the ion rotation chamber, ozone generator for introducing a gas into the ion rotation chamber containing oxygen atoms and oxygen molecules unreacted oxygen gas negatively charged generated by receiving the discharge in the ionization chamber Configure.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The outline | summary of the ozone high efficiency generation method of this invention is demonstrated using figures.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the ozone yield improving means of the present invention. A method for improving the yield of ozone will be described with reference to FIG.
The ozone yield improving means is composed of a discharge part 1 and a re-reaction part 2. The oxygen gas supplied in the discharge unit 1 is discharged to generate ozone, and unreacted gas is supplied to the re-reaction unit 2. Then, ozone is generated from unreacted gas in the re-reacting unit 2, and ozone is generated particularly by unreacted oxygen molecules and negatively charged oxygen atoms.
[0011]
Oxygen gas is supplied to the discharge unit 1 through the supply tube 3, and discharge is performed through the discharge electrode 4. As a result, ozone is generated from the oxygen gas in the discharge unit 1, and negatively charged oxygen atoms are generated. By supplying oxygen gas to the discharge unit 1, oxygen gas, ozone, and negatively charged oxygen atoms are supplied to the re-reaction unit 2 through the communication hole 5 that connects the discharge unit 1 and the re-reaction unit 2.
The re-reaction unit 2 is provided with a discharge port 6, and the gas supplied from the communication hole 5 flows to the discharge port 6. This gas contains ozone generated in the discharge unit 1, negatively charged oxygen atoms, and unreacted oxygen molecules. In this gas, negatively charged oxygen atoms are induced in the re-reaction unit 2 by an electromagnetic method to cause the negatively charged oxygen atoms to behave differently from other gas molecules and collide with oxygen molecules. It is easy to do. This facilitates the generation of ozone. Ozone generation efficiency is improved by facilitating contact between oxygen atoms having sufficient energy for generating ozone and unreacted oxygen molecules. Since negatively charged oxygen atoms are induced by electromagnetic techniques, the lifetime of negatively charged oxygen atoms can be kept long, and the probability of collision with oxygen molecules can be improved while avoiding contact with other substances. it can. Thereby, ozone can be efficiently generated in the re-reaction unit 2. And the gas of the re-reaction part 2 is discharged | emitted from the discharge port 6. FIG.
[0012]
Next, a method for inducing the negatively charged oxygen atom O ⁻ in the re-reaction unit 2 will be described. In the re-reaction unit 2, O ^- in by providing a rotating electric field, O ^- in which it can be moved along a helical trajectory in the re reaction unit 2.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the O ⁻ trajectory. The negatively charged ions are injected into the re-reaction unit 2 at an angle of 45 ° with the X axis on the XY plane of FIG.
(A magnetic field B is applied to the re-reaction unit 2 in the X-axis direction, and a rotating electric field E is applied on the YZ plane.)
In this electric field, O ⁻ performs a rotational motion as shown in FIG. In the rotational movement of ions by the rotating electric field, the velocity corresponding to the rotating electric field is uniquely determined so as to be synchronized with the rotating electric field. For this reason, when all of the initial velocities on the YZ plane are used for the rotation of the electric field, the ions advance by spirally rotating in the X-axis direction from the implantation end. And when the speed on the YZ plane becomes negative, it proceeds in the reverse direction on the XY plane.
[0013]
FIG. 3 is a perspective view showing the internal configuration of the re-reaction unit 2 having triple electrodes.
The re-reaction unit 2 is configured in a cylindrical shape extending in the front-rear direction, and a triple electrode is disposed in the re-reaction unit 2. The triple electrode is composed of electrodes 11, 11, 11. The electrodes 11 are disposed in parallel in the front-rear direction, and each electrode 11 is disposed at the apex position of an equilateral triangle. ing. A rotating electric field is generated by applying a voltage with a phase shifted by 120 ° to each of the electrodes 11. The ions introduced into the re-reaction unit 2 by this rotating electric field travel while drawing a spiral trajectory.
[0014]
Further, a case where a magnetic field is applied to the re-reaction unit 2 will be described. FIG. 4 is a diagram showing an example of the behavior of O ⁻ when a magnetic field is applied, and FIG. 5 is a diagram showing an example of the behavior of O ^{− in} the YZ plane. It is possible to rotate the O 2 ⁻ ions by adjusting the magnetic field applied in the extending direction of the electrode 11 (X-axis direction in FIG. 3).
By applying a magnetic field while applying a rotating electric field, the rotating motion by the magnetic field is performed together with the rotation by the rotating electric field from the superposition principle. In the example shown in FIG. 5, the robot moves while drawing a large circle with a magnetic field while performing a small rotation with a rotating electric field.
Thus, O by electric or magnetic fields or electric and magnetic fields, ^- and increases the collision probability for molecular oxygen ion ^- by controlling the ion rotational movement O.
[0015]
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a schematic diagram of an ozone generator. The ozone generator shown in FIG. 6 discharges oxygen gas to generate ozone, and negatively charged oxygen atoms generated by the discharge collide with oxygen molecules to further generate ozone.
The ozone generator mainly includes an oxygen storage unit 21, a gas flow rate control device 22, an ionization chamber 23 as a discharge unit, an ionization high voltage source 20 connected to the ionization chamber 23, and an ion rotation chamber 24 as a re-reaction unit. The high-frequency three-phase AC generator 25 is configured. The oxygen storage unit 21 stores oxygen for generating ozone composed of an oxygen cylinder or the like. The gas flow rate controller 22 adjusts the amount of oxygen supplied to the ionization chamber 23. The ionization chamber 23 discharges oxygen molecules introduced into the ionization chamber 23.
[0016]
FIG. 7 is a partial side sectional view of the ionization chamber. The ionization chamber 23 includes a cylindrical body 29, a needle electrode 28, a flat plate electrode 31, a gas supply pipe 27, and a high voltage cable 26. The cylindrical body 29 is formed of a stainless steel cylinder with a glass container attached to the inside, and is provided with a vent hole 30. A high voltage cable 26 is connected to one end of the cylindrical body 29, and a needle electrode 28 connected to the high voltage cable 26 is disposed. A vent hole 30 is provided at the other end of the cylindrical body 29, and a flat plate electrode 31 is disposed on the needle electrode 28 side from the vent hole 30. Further, a gas supply pipe 27 passes through the cylindrical body 29 so that oxygen gas can be supplied into the cylindrical body 29.
[0017]
The ionization chamber 23 introduces oxygen gas therein to generate ozone and ionized oxygen atoms by discharge. In the ionization chamber 23, oxygen gas is supplied from the gas supply pipe 27 into the cylindrical body 29, and discharge is performed between the needle electrode 28 and the plate electrode 31. Further, by supplying oxygen gas into the cylinder 29, the discharged gas is discharged out of the cylinder 29 through the vent hole 30. The gas discharged from the ionization chamber 23 is introduced into the ion rotation chamber 24.
[0018]
FIG. 8 is a side sectional view showing the configuration of the ion rotation chamber. The ion rotation chamber 24 is one in which both ends of a cylindrical body 34 are closed, an ionization chamber 23 is mounted on one side, an ozone gas discharge port 35 is mounted on the other side, and a triple electrode 33 is disposed inside. The ionization chamber 23 is inserted in the ion rotation chamber 24 at an angle of about 45 ° with respect to the extending direction of the cylindrical body 34. As a result, a rotating electric field is applied to the triple electrode 33 to rotate ions contained in the gas discharged from the ionization chamber 23, thereby shifting the traveling direction of the ions from the traveling direction of the gases. When the gas is supplied from the ionization chamber 23, the gas in the cylinder 34 is discharged from the ozone discharge port 35. Ozone generation efficiency can be improved by rotating charged oxygen atoms in the ion rotation chamber 24 to increase the probability of collision with oxygen molecules.
[0019]
As the ozone generator, a device that induces charged oxygen atoms using a magnetic field can be used. FIG. 9 is a diagram showing an ozone generator using a magnetic field. The ozone generator shown in FIG. 9 discharges oxygen gas to generate ozone, induces negatively charged oxygen atoms generated by the discharge by a rotating electric field and magnetic field, and collides with oxygen molecules, and further generates ozone. Is generated.
The ozone generator includes an oxygen storage unit 21, a gas flow rate control device 22, an ionization chamber 23 that is a discharge unit, an ionization high voltage source 20 that is connected to the ionization chamber 23, an ion rotation chamber 24 that is a re-reaction unit, A phase AC generator 25, a coil 18 wound around the ion rotation chamber 24, and a DC power source 19 connected to the coil 18 are configured.
When a current is passed from the DC power source 19 to the coil 18, a magnetic field is generated in the ion rotation chamber 24 by the coil 18, and the charged substance introduced into the ion rotation chamber 24 can be rotated. . As a result, the probability of collision between charged oxygen atoms and oxygen molecules can be increased, and the efficiency of ozone generation can be improved.
[0020]
【Example】
Next, the ozone generation result by the ozone generator will be described.
The ozone generator is the one shown in FIG. 6 attached with an ozone concentration meter.
As the oxygen gas, 99.5% oxygen gas was supplied from an oxygen gas cylinder, and a mass flow controller having a maximum flow rate of 2 L / min was used as a gas flow rate control device. A DC high voltage source with a maximum current of 7 μA was used as the ionization high voltage power source. In the high-frequency three-phase AC generator, the frequency was 180 KHz and the voltage was 0.6V. An ozone concentration meter having a concentration range of 0 to 10 ppm was used.
[0021]
First, in order to confirm the change in the ozone yield due to the change in the discharge state, the state of ionization by the DC high voltage was measured without applying a rotating electric field. The experimental condition was that the amount of supplied oxygen was 50 ml / min, the measurement was performed for 3 hours each when the rotating electric field was not applied and when the rotating electric field was applied, and the change in ozone concentration was observed.
FIG. 10 is a diagram showing the influence of the ozone concentration due to the rotating electric field. In FIG. 10, the horizontal axis is a time axis, and a rotating electric field is applied after the third hour. As shown in FIG. 10, after applying the rotating electric field, the ozone concentration increased about twice. Thus, the ozone generation efficiency can be improved by introducing the oxygen gas after the discharge into the cylinder subjected to the rotating electric field.
[0022]
【The invention's effect】
Thus, by introducing oxygen gas and generating ozone by discharge, ozone is generated by using simultaneously generated oxygen atoms and oxygen, so energy used for discharge can be used efficiently Thus, ozone can be generated. Furthermore, since oxygen used for ozone generation can be efficiently converted to ozone, high-concentration ozone can be generated efficiently. In addition, since the rotational motion of charged oxygen atoms is controlled using a rotating electric field generated by three electrodes , the probability of collision of charged oxygen atoms with oxygen molecules can be easily increased. And since the charged oxygen atom is induced | guided | derived using an electromagnetic method, the lifetime of the negatively charged oxygen atom which is a charged oxygen atom can be kept long, and a charged oxygen atom can be handled easily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an ozone yield improving means of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of an O ⁻ trajectory.
FIG. 3 is a perspective view showing an internal configuration of a re-reaction unit 2 having a triple electrode.
FIG. 4 is a diagram showing an example of the behavior of O ⁻ when a magnetic field is applied.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the behavior of O ^{− in} the YZ plane.
FIG. 6 is a schematic diagram of an ozone generator.
FIG. 7 is a partial side sectional view of the ionization chamber.
FIG. 8 is a side sectional view showing a configuration of an ion rotation chamber.
FIG. 9 is a diagram showing an ozone generator using a magnetic field.
FIG. 10 is a diagram showing the influence of ozone concentration by a rotating electric field.
[Explanation of symbols]
21 Oxygen storage unit 22 Gas flow control device 23 Ionization chamber 24 Ion rotation chamber 25 High-frequency three-phase AC generator

Claims

A method for generating ozone using discharge, in which a gas containing oxygen atoms and unreacted oxygen molecules that are negatively charged by discharge after being discharged into oxygen gas is subjected to a rotating electric field by three electrodes. An ozone generation method characterized by being introduced into the inside.

An ozone generator using discharge, which has an ionization chamber that discharges by introducing oxygen gas, and an ion rotation chamber that applies a rotating electric field by three electrodes, and connects the ionization chamber to the ion rotation chamber to with, an ozone generator, which comprises introducing a gas containing oxygen atoms and oxygen molecules unreacted oxygen gas negatively charged generated by receiving the discharge in the ionization chamber to the ion rotation chamber.