JP5085441B2 - Ozone generator and ozone generation method - Google Patents

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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Description

本発明は、水処理、脱臭、殺菌、有害物質の分解などに用いられる、オゾン発生装置及びオゾン発生方法に関する。   The present invention relates to an ozone generator and an ozone generation method used for water treatment, deodorization, sterilization, decomposition of harmful substances, and the like.

特許文献1には、従来のオゾン発生装置の一例が記載されている。このオゾン発生装置は、同軸円筒形オゾン発生装置の外側電極の外周部に、円筒軸方向の磁界を付与するための励磁コイルを設け、この励磁コイルに対して、電極間における放電電流の周期に同期した交流電流が流れるように構成されている。この装置により、放電柱と酸素分子との衝突が起こりやすくなり、オゾンの生成効率が向上する。   Patent Document 1 describes an example of a conventional ozone generator. This ozone generator is provided with an excitation coil for applying a magnetic field in the direction of the cylindrical axis on the outer peripheral portion of the outer electrode of the coaxial cylindrical ozone generator, and the excitation coil has a period of discharge current between the electrodes. It is comprised so that the synchronized alternating current may flow. With this device, collision between the discharge column and oxygen molecules is likely to occur, and ozone generation efficiency is improved.

特開平6−305709号公報JP-A-6-305709

しかしながら、特許文献1に記載されているオゾン発生装置においては、電極間距離(放電ギャップ幅)が適切に設定されていないと、電子が陽極に捕捉されて、放電ギャップにおける電子の運動距離が短くなってしまい、電子と酸素分子との衝突頻度が低くなる。   However, in the ozone generator described in Patent Document 1, if the interelectrode distance (discharge gap width) is not set appropriately, electrons are captured by the anode, and the movement distance of electrons in the discharge gap is short. As a result, the collision frequency between electrons and oxygen molecules is reduced.

そこで、本発明は、オゾンの発生効率を確実に向上させるオゾン発生装置及びオゾン発生方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the ozone generation apparatus and ozone generation method which improve the generation efficiency of ozone reliably.

上記の課題を解決するために、本発明に係るオゾン発生装置は、円柱状の内側電極と、前記内側電極の径方向外側に配置された外側電極と、前記内側電極及び前記外側電極の間に形成された放電空間に、軸方向に沿った磁場を発生させる磁場発生部材と、を有し、前記放電空間には酸素を含む気体が導入され、前記放電空間における放電によってオゾンが発生し、前記放電空間の幅が、(i) 前記磁場発生部材によって前記放電空間に生じる磁束密度の最大値と、(ii) 前記放電空間に生じる電場の最大値と、から決定される、前記放電空間における電子の旋回運動の最大幅以上となっている。   In order to solve the above-described problems, an ozone generator according to the present invention includes a cylindrical inner electrode, an outer electrode disposed radially outside the inner electrode, and the inner electrode and the outer electrode. A magnetic field generating member that generates a magnetic field along an axial direction in the formed discharge space, a gas containing oxygen is introduced into the discharge space, and ozone is generated by the discharge in the discharge space; The width of the discharge space is determined from (i) the maximum value of the magnetic flux density generated in the discharge space by the magnetic field generating member, and (ii) the maximum value of the electric field generated in the discharge space. It is over the maximum width of the swivel movement.

この構成によると、両電極(内側電極及び外側電極)間に放電空間が形成される。そして、この放電空間に酸素を含む気体が導入されることによって、オゾンが発生する。また、両電極間の電子は、磁場発生部材により発生した磁場の影響を受け、ローレンツ力によって旋回運動(サイクロトロン運動)をする。そして、電子の旋回中心は、周方向にドリフト運動する。   According to this configuration, a discharge space is formed between both electrodes (the inner electrode and the outer electrode). Then, ozone is generated by introducing a gas containing oxygen into the discharge space. Further, the electrons between the two electrodes are affected by the magnetic field generated by the magnetic field generating member, and perform a swiveling motion (cyclotron motion) by Lorentz force. Then, the center of rotation of electrons drifts in the circumferential direction.

上記のサイクロトロン運動の最大幅(内側電極からの最大距離)は、(i) 磁場発生部材によって生じる磁束密度と、(ii) 放電空間に生じる電場の大きさと、から決定される。そして、放電空間の幅を、旋回運動の最大幅以上に設定すると、電子の旋回運動及びドリフト運動が妨げられなくなるため、電子の運動距離が長くなる。以上により、酸素分子と電子との衝突頻度が高くなり、オゾンの発生効率が確実に向上する。   The maximum width of the cyclotron motion (maximum distance from the inner electrode) is determined from (i) the magnetic flux density generated by the magnetic field generating member and (ii) the magnitude of the electric field generated in the discharge space. If the width of the discharge space is set to be equal to or greater than the maximum width of the turning motion, the electron turning motion and the drift motion are not hindered, and the electron moving distance becomes longer. As described above, the collision frequency between oxygen molecules and electrons increases, and the ozone generation efficiency is reliably improved.

なお、オゾン発生装置は、両電極間に、誘電体を含んでいても良い。オゾン発生装置に誘電体が含まれる場合、放電空間は、両電極のいずれかと、誘電体との間に形成される。   Note that the ozone generator may include a dielectric between both electrodes. When the ozone generator includes a dielectric, the discharge space is formed between one of both electrodes and the dielectric.

「円柱状」の内側電極には、円筒状の電極も含まれるものとする。また、「軸方向」とは、内部電極の軸方向のことであり、「径方向」とは、内部電極の径方向のことである。   The “columnar” inner electrode includes a cylindrical electrode. The “axial direction” is the axial direction of the internal electrode, and the “radial direction” is the radial direction of the internal electrode.

オゾン発生装置において発生する磁場に関しては、交番磁場であってもよいし、静磁場であってもよい。静磁場の場合には、放電空間に生じる磁束密度は一定であるので、「磁束密度の最大値」は、この一定の値に等しい。   The magnetic field generated in the ozone generator may be an alternating magnetic field or a static magnetic field. In the case of a static magnetic field, the magnetic flux density generated in the discharge space is constant, so the “maximum value of magnetic flux density” is equal to this constant value.

オゾン発生装置において作られる電場に関しては、交番電場であってもよいし、静電場であってもよい。静電場の場合には、放電空間に生じる電場の大きさは一定であるので、「電場の最大値」は、この一定の値に等しい。   The electric field generated in the ozone generator may be an alternating electric field or an electrostatic field. In the case of an electrostatic field, since the magnitude of the electric field generated in the discharge space is constant, the “maximum value of the electric field” is equal to this constant value.

この考え方に従って放電空間の幅を設定することにより、必要以上に装置を大型化する必要がなくなる。例えば、放電空間の幅を、サイクロトロン運動の最大幅とほぼ等しく(最大幅よりも少し大きめに)設定することにより、電子の運動距離が長くなり、且つ、装置の大型化が抑制される。   By setting the width of the discharge space according to this concept, it is not necessary to enlarge the apparatus more than necessary. For example, by setting the width of the discharge space to be approximately equal to the maximum width of the cyclotron motion (slightly larger than the maximum width), the electron moving distance becomes long and the size of the device is suppressed.

また、本発明に係るオゾン発生装置は、前記内側電極及び前記外側電極の少なくとも一方を、周方向に回転させる回転機構をさらに有していてもよい。これによると、電極(陰極)の表面において、電荷が局所的に蓄積されることがないので、電極表面からの放電が、局所的に妨げられることがなくなり、放電が起こり易くなる。   The ozone generator according to the present invention may further include a rotation mechanism that rotates at least one of the inner electrode and the outer electrode in the circumferential direction. According to this, since charges are not locally accumulated on the surface of the electrode (cathode), the discharge from the electrode surface is not disturbed locally, and the discharge is likely to occur.

なお、「周方向」とは、内側電極の周方向のことである。また、外側電極が複数の電極を含む場合には、本発明には、外側電極全体が、内側電極を中心として回転することが含まれる。   The “circumferential direction” is the circumferential direction of the inner electrode. When the outer electrode includes a plurality of electrodes, the present invention includes that the entire outer electrode rotates around the inner electrode.

内側電極及び外側電極の回転に関しては、電極表面において、電荷が局所的に蓄積されないように回転すればよい。例えば、内側電極だけ、又は、外側電極だけを回転させてもよいし、内側電極及び外側電極の両方を回転させてもよい。また、内側電極及び外側電極を、互いに逆方向に回転させても良いし、これらを同じ方向に回転させてもよい。また、電子のドリフト方向に対して、内側電極を同じ方向に、且つ、電子のドリフト速度よりも速く回転させてもよい。また、電子のドリフト方向に対して、陰極(内側電極又は外側電極)を、相対的に逆方向に回転させてもよい。   Regarding the rotation of the inner electrode and the outer electrode, the rotation may be performed so that charges are not accumulated locally on the electrode surface. For example, only the inner electrode or only the outer electrode may be rotated, or both the inner electrode and the outer electrode may be rotated. Further, the inner electrode and the outer electrode may be rotated in directions opposite to each other, or these may be rotated in the same direction. Further, the inner electrode may be rotated in the same direction with respect to the electron drift direction and faster than the electron drift speed. Further, the cathode (inner electrode or outer electrode) may be rotated in the opposite direction relative to the electron drift direction.

また、本発明に係るオゾン発生装置において、前記外側電極は、前記内側電極に対して同心配置された円筒状電極であってもよい。これによると、オゾン発生装置の構成を簡素化することができる。   Moreover, the ozone generator which concerns on this invention WHEREIN: The cylindrical electrode arrange | positioned concentrically with respect to the said inner side electrode may be sufficient as the said outer side electrode. According to this, the structure of an ozone generator can be simplified.

また、本発明に係るオゾン発生装置において、前記外側電極は複数の円柱状電極から成り、前記複数の円柱状電極のそれぞれにおける軸方向が、前記内側電極の軸方向に平行であってもよい。これによると、内側電極と外側電極との間に局所的な電場が形成されるので、両電極間の放電が起こり易くなり、さらにオゾンの発生効率が向上する。なお、「円柱状」の外側電極には、円筒状の電極も含まれるものとする。   Moreover, the ozone generator which concerns on this invention WHEREIN: The said outer side electrode consists of a some cylindrical electrode, and the axial direction in each of the said some cylindrical electrode may be parallel to the axial direction of the said inner side electrode. According to this, since a local electric field is formed between the inner electrode and the outer electrode, discharge between both electrodes is likely to occur, and the generation efficiency of ozone is further improved. The “columnar” outer electrode includes a cylindrical electrode.

また、本発明に係るオゾン発生装置において、前記磁場発生部材は、前記外側電極の径方向外側において、前記内側電極及び前記外側電極に対して同心に配置されたソレノイド状励磁コイルであってもよい。これによると、放電空間において、安定且つ均一な磁場を形成できる。なお、励磁コイルには、強磁性体コイル及び電磁石コイルが含まれる。   Moreover, in the ozone generator according to the present invention, the magnetic field generating member may be a solenoid-like excitation coil disposed concentrically with the inner electrode and the outer electrode on the radially outer side of the outer electrode. . According to this, a stable and uniform magnetic field can be formed in the discharge space. The excitation coil includes a ferromagnetic coil and an electromagnet coil.

また、本発明に係るオゾン発生装置において、前記磁場発生部材には、超伝導マグネットが含まれていてもよい。これによると、装置運転時の消費電力を低くすることができる。また、強力な磁場を発生させることができるので、サイクロトロン運動の最大幅を小さくすることができ、装置を小型化できる。また、放電空間において、安定且つ均一な磁場を、容易に形成できる。なお、磁場発生部材の少なくとも一部が超伝導マグネットであればよく、磁場発生部材の全てが超伝導マグネットであってもよい。   In the ozone generator according to the present invention, the magnetic field generating member may include a superconducting magnet. According to this, power consumption at the time of apparatus operation can be reduced. In addition, since a strong magnetic field can be generated, the maximum width of the cyclotron motion can be reduced, and the apparatus can be miniaturized. In addition, a stable and uniform magnetic field can be easily formed in the discharge space. Note that at least a part of the magnetic field generating member may be a superconducting magnet, and all of the magnetic field generating members may be superconducting magnets.

また、上記の課題を解決するために、本発明に係るオゾン発生方法は、円柱状の内側電極と、前記内側電極の径方向外側に配置された外側電極と、前記内側電極及び前記外側電極の間に形成された放電空間に、軸方向に沿った磁場を発生させる磁場発生部材と、を有するオゾン発生装置を用いるオゾン発生方法であって、前記放電空間に、酸素を含む気体を導入し、前記放電空間における放電によってオゾンを発生させるオゾン発生工程を有し、前記オゾン発生工程においては、前記放電空間の幅が、(i) 前記磁場発生部材によって前記放電空間に生じる磁束密度の最大値と、(ii) 前記放電空間に生じる電場の最大値と、から決定される、前記放電空間における電子の旋回運動の最大幅以上となっている。   In order to solve the above-described problem, an ozone generation method according to the present invention includes a cylindrical inner electrode, an outer electrode disposed radially outside the inner electrode, and the inner electrode and the outer electrode. An ozone generation method using an ozone generator having a magnetic field generating member that generates a magnetic field along an axial direction in a discharge space formed therebetween, wherein a gas containing oxygen is introduced into the discharge space, An ozone generation step of generating ozone by discharge in the discharge space, wherein in the ozone generation step, the width of the discharge space is (i) a maximum value of magnetic flux density generated in the discharge space by the magnetic field generating member; (Ii) The maximum value of the electric field generated in the discharge space is greater than the maximum width of the swirling motion of electrons in the discharge space.

この方法により、放電空間の幅を、旋回運動の最大幅以上に設定すると、電子の旋回運動及びドリフト運動が妨げられなくなるため、電子の運動距離が長くなる。そのため、酸素分子と電子との衝突頻度が高くなり、オゾンの発生効率が確実に向上する。   When the width of the discharge space is set to be equal to or greater than the maximum width of the swirl motion by this method, the electron swivel motion and drift motion are not hindered, and the electron travel distance becomes long. Therefore, the collision frequency between oxygen molecules and electrons increases, and the ozone generation efficiency is reliably improved.

(全体構成について)
次に、本発明の第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るオゾン発生装置の構造を示す断面図である。図2は、図1のA−A’位置における断面図である。図3は、図2の主要部を拡大して示す断面図である。なお、以下の説明において、「軸方向」、「径方向」及び「周方向」は、内側電極を基準とした、軸方向、径方向及び周方向を示す(図中の矢印方向参照)。
(About overall structure)
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an ozone generator according to the first embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the main part of FIG. In the following description, “axial direction”, “radial direction”, and “circumferential direction” indicate an axial direction, a radial direction, and a circumferential direction with reference to the inner electrode (see arrow directions in the drawing).

まず、本実施形態に係るオゾン発生装置1の全体構成について説明する。図1に示すように、オゾン発生装置1は、内側電極2と、外側電極3と、誘電体4と、ソレノイド状励磁コイル5と、モーター8と、を含んで構成されている。また、オゾン発生装置1は、交流電源7a及び直流電源7bに対して電気的に接続されている。   First, the whole structure of the ozone generator 1 which concerns on this embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 1, the ozone generator 1 includes an inner electrode 2, an outer electrode 3, a dielectric 4, a solenoid-like excitation coil 5, and a motor 8. The ozone generator 1 is electrically connected to the AC power source 7a and the DC power source 7b.

誘電体4、外側電極3及びソレノイド状励磁コイル5は、内側電極2と同心に配置されており、内側電極2及び誘電体4の間には、放電空間6が形成されている(図1及び図2参照)。そして、この放電空間6に、酸素を含む気体を導入し、両電極(内側電極2及び外側電極3)の間に電圧(電位差)を与えると、両電極間に無声放電が発生し、この放電によって気体中の酸素がオゾンに変換される。   The dielectric 4, the outer electrode 3, and the solenoidal excitation coil 5 are disposed concentrically with the inner electrode 2, and a discharge space 6 is formed between the inner electrode 2 and the dielectric 4 (see FIG. 1 and FIG. 1). (See FIG. 2). When a gas containing oxygen is introduced into the discharge space 6 and a voltage (potential difference) is applied between both electrodes (the inner electrode 2 and the outer electrode 3), a silent discharge occurs between the two electrodes. As a result, oxygen in the gas is converted into ozone.

(電極)
次に、両電極(内側電極2及び外側電極3)について説明する。内側電極2は、アルミ製であり、円柱状に形成されている。外側電極3は、アルミ製であり、円筒状に形成され、内側電極2に対して同心配置されている。また、外側電極3は、内側電極2の径方向外側に配置されており、内側電極2の外周面と、外側電極3の内周面との間には、一定の間隔が設けられている。
(electrode)
Next, both electrodes (inner electrode 2 and outer electrode 3) will be described. The inner electrode 2 is made of aluminum and is formed in a cylindrical shape. The outer electrode 3 is made of aluminum, is formed in a cylindrical shape, and is arranged concentrically with the inner electrode 2. Further, the outer electrode 3 is disposed on the outer side in the radial direction of the inner electrode 2, and a constant interval is provided between the outer peripheral surface of the inner electrode 2 and the inner peripheral surface of the outer electrode 3.

内側電極2及び外側電極3には、交流電源(電場発生用電源)7aが接続されている。交流電源7aの電源周波数は、例えば、50Hz又は60Hzとなっている。そして、内側電極2及び外側電極3のそれぞれは、陽極又は陰極として機能し、それぞれの電極における極性(陽極及び陰極)は、時間の経過に伴って、周期的に入れ替わる(内側電極2及び外側電極3が同電位になるタイミングも存在する)。図1乃至図3は、内側電極2が陰極で、外側電極3が陽極となっている状態を示している(極性が逆の状態になることもある)。図1乃至図3の場合(内側電極2が陰極の場合)には、両電極間に、外側電極3から内側電極2へ向かう、径方向に沿った電場Eが発生する(電場の方向については、図1及び図2の矢印E方向参照)。   An AC power source (electric field generating power source) 7 a is connected to the inner electrode 2 and the outer electrode 3. The power supply frequency of the AC power supply 7a is, for example, 50 Hz or 60 Hz. Each of the inner electrode 2 and the outer electrode 3 functions as an anode or a cathode, and the polarity (anode and cathode) in each electrode is periodically switched over time (the inner electrode 2 and the outer electrode). There is also a timing when 3 becomes the same potential). 1 to 3 show a state in which the inner electrode 2 is a cathode and the outer electrode 3 is an anode (the polarity may be reversed). In the case of FIGS. 1 to 3 (in the case where the inner electrode 2 is a cathode), an electric field E along the radial direction from the outer electrode 3 toward the inner electrode 2 is generated between both electrodes (for the direction of the electric field). FIG. 1 and FIG. 2 refer to the direction of arrow E).

なお、内側電極の材料は、アルミの他、ステンレス、銅などであってもよいし、外側電極の材料は、アルミの他、ステンレス、銅などであってもよい。また、磁場発生部材が電磁石である場合には、透磁率が大きい磁性材料(軟磁性材料)の芯があることが望ましく、そのため、内側電極及び外側電極のいずれかが、軟磁性材料であることが望ましい。   The material of the inner electrode may be aluminum, stainless steel, copper, or the like. The material of the outer electrode may be aluminum, stainless steel, copper, or the like. In addition, when the magnetic field generating member is an electromagnet, it is desirable to have a core made of a magnetic material (soft magnetic material) having a high magnetic permeability, so that either the inner electrode or the outer electrode is a soft magnetic material. Is desirable.

(誘電体)
両電極間には、誘電体4が配置されている(図1及び図2参照)。具体的には、外側電極3の内面部に、円筒状の誘電体4が配置されている。誘電体4は絶縁体であり、オゾン発生装置1においては、誘電体4としてガラスが用いられている。誘電体4を両電極間に配置することにより、均一な放電を実現できる。具体的には、誘電体4表面では電流が流れないため、誘電体4の表面全体において、均一に放電させることができる。なお、誘電体の材料としては、ガラス以外の他のセラミックス、プラスチック材料なども利用可能である。また、誘電体はなくてもよい。
(Dielectric)
A dielectric 4 is disposed between both electrodes (see FIGS. 1 and 2). Specifically, a cylindrical dielectric 4 is disposed on the inner surface of the outer electrode 3. The dielectric 4 is an insulator, and in the ozone generator 1, glass is used as the dielectric 4. By disposing the dielectric 4 between both electrodes, uniform discharge can be realized. Specifically, since no current flows on the surface of the dielectric 4, the entire surface of the dielectric 4 can be discharged uniformly. As the dielectric material, ceramics other than glass, plastic materials, and the like can also be used. Further, there may be no dielectric.

(放電空間)
内側電極2及び外側電極3の間には放電空間(放電ギャップ)6が形成されている。詳細には、放電空間6は、内側電極2と誘電体4との間に形成されている。また、オゾン発生装置1において、放電空間6には、酸素分子(O)を含む気体が導入され、放電空間6における放電によってオゾン(O)が発生する。図1に示すように、オゾン発生装置1においては、酸素分子を含む気体は、図1の下方から導入され、発生したオゾンを含む気体は、図1の上方へと放出される。放電空間6は環状空間であり、オゾン発生装置1の使用時には、オゾンを発生させるために、放電空間6に大気などが供給される。
(Discharge space)
A discharge space (discharge gap) 6 is formed between the inner electrode 2 and the outer electrode 3. Specifically, the discharge space 6 is formed between the inner electrode 2 and the dielectric 4. In the ozone generator 1, a gas containing oxygen molecules (O 2 ) is introduced into the discharge space 6, and ozone (O 3 ) is generated by the discharge in the discharge space 6. As shown in FIG. 1, in the ozone generator 1, the gas containing oxygen molecules is introduced from the lower side of FIG. 1, and the generated gas containing ozone is released upward in FIG. The discharge space 6 is an annular space, and air or the like is supplied to the discharge space 6 in order to generate ozone when the ozone generator 1 is used.

なお、本実施形態のようにオゾン発生装置に誘電体が含まれる場合には、放電空間は、両電極のいずれかと、誘電体との間に形成される。すなわち、誘電体は、内側電極の外面部に配置されていてもよい。この場合には、放電空間が、誘電体と、外側電極との間に形成されることになる。   When the ozone generator includes a dielectric as in the present embodiment, the discharge space is formed between one of the electrodes and the dielectric. That is, the dielectric may be disposed on the outer surface portion of the inner electrode. In this case, a discharge space is formed between the dielectric and the outer electrode.

(磁場発生部材)
外側電極3の径方向外側には、ソレノイド状励磁コイル5(磁場発生部材)が配置されている。ソレノイド状励磁コイル5には、直流電源(磁場発生用電源)7bが接続されている。また、ソレノイド状励磁コイル5は、放電空間6に、軸方向に沿った磁場を発生させるように構成されている。より詳細には、ソレノイド状励磁コイル5に直流電流を流すと、ソレノイド状励磁コイル5の周囲に磁場が発生する結果として、放電空間6では、軸方向に沿った磁場が発生する。本実施形態においては、放電空間6に、図1の上から下へ向かう静磁場が発生する(磁場の方向については、図1及び図2の矢印B方向参照)。また、ソレノイド状励磁コイル5は、内側電極2及び外側電極3に対して同心に配置されている。なお、本装置においては、磁場の方向(軸方向)と電場の方向(径方向)とが垂直になっている。
(Magnetic field generating member)
A solenoid-like excitation coil 5 (magnetic field generating member) is disposed outside the outer electrode 3 in the radial direction. A direct current power source (magnetic field generating power source) 7 b is connected to the solenoid-like excitation coil 5. The solenoid-like excitation coil 5 is configured to generate a magnetic field along the axial direction in the discharge space 6. More specifically, when a direct current is passed through the solenoid-like excitation coil 5, a magnetic field is generated along the axial direction in the discharge space 6 as a result of generating a magnetic field around the solenoid-like excitation coil 5. In the present embodiment, a static magnetic field from the top to the bottom of FIG. 1 is generated in the discharge space 6 (see the direction of arrow B in FIGS. 1 and 2 for the direction of the magnetic field). The solenoid-like excitation coil 5 is disposed concentrically with respect to the inner electrode 2 and the outer electrode 3. In the present apparatus, the direction of the magnetic field (axial direction) and the direction of the electric field (radial direction) are perpendicular.

ソレノイド状励磁コイル5は、超伝導マグネットによって形成されている。すなわち、ソレノイド状励磁コイル5は、超伝導電磁石である。より具体的には、ソレノイド状励磁コイル5は、超伝導物質から成る線材を、ソレノイド状(円筒状)に巻くことによって形成されている。超伝導物質としては、ニオブチタン(NbTi)、ニオブスズ(NbSn)その他の高温超電導物質を用いることができる。 The solenoid-like excitation coil 5 is formed by a superconducting magnet. That is, the solenoid-like excitation coil 5 is a superconducting electromagnet. More specifically, the solenoid-like excitation coil 5 is formed by winding a wire made of a superconducting material into a solenoid shape (cylindrical shape). As the superconducting material, niobium titanium (NbTi), niobium tin (Nb 3 Sn), or other high-temperature superconducting materials can be used.

ソレノイド状励磁コイル5は超伝導磁石であるため、ソレノイド状励磁コイル5の冷却材(図示せず)が必要となる。ソレノイド状励磁コイル5の冷却剤は、ソレノイド状励磁コイル5の超伝導状態を維持できるものであればよく、ヘリウムガスのような気体であってもよいし、液体ヘリウム、液体水素のような液体であってもよい。   Since the solenoid excitation coil 5 is a superconducting magnet, a coolant (not shown) for the solenoid excitation coil 5 is required. The coolant for the solenoid-like excitation coil 5 may be any one that can maintain the superconducting state of the solenoid-like excitation coil 5, and may be a gas such as helium gas or a liquid such as liquid helium or liquid hydrogen. It may be.

なお、本実施形態では、磁場発生部材が電磁石(励磁コイル)であるが、磁場発生部材として永久磁石を用いてもよいし、電磁石と永久磁石とを併用してもよい。また、磁場発生部材は、軸方向に沿った磁場を放電空間6に発生させるものであればよく、コイルには限られない。例えば、オゾン発生装置の軸方向両端に配置される、二つの磁石であってもよい。また、超伝導物質の線材ではなく、超電導物質の薄膜を用いて、コイルを形成してもよい。   In this embodiment, the magnetic field generating member is an electromagnet (excitation coil), but a permanent magnet may be used as the magnetic field generating member, or an electromagnet and a permanent magnet may be used in combination. The magnetic field generating member may be any member that generates a magnetic field along the axial direction in the discharge space 6, and is not limited to a coil. For example, two magnets arranged at both axial ends of the ozone generator may be used. Further, the coil may be formed by using a thin film of a superconducting material instead of a superconducting material wire.

(回転機構)
モーター(回転機構)8は、図示しない電源装置に接続されており、内側電極2を周方向に回転させる(図2及び図3の矢印G参照)。なお、回転機構は、内側電極及び外側電極の少なくとも一方を、周方向に回転させるものであればよく、外側電極のみを回転させるものであってもよいし、内側電極及び外側電極の両方を回転させるものであってもよい。また、回転機構はなくてもよい。
(Rotating mechanism)
The motor (rotating mechanism) 8 is connected to a power supply device (not shown), and rotates the inner electrode 2 in the circumferential direction (see arrows G in FIGS. 2 and 3). The rotation mechanism may be any mechanism that rotates at least one of the inner electrode and the outer electrode in the circumferential direction, and may rotate only the outer electrode, or may rotate both the inner electrode and the outer electrode. It may be allowed. Further, there may be no rotation mechanism.

(放電空間の幅について)
次に、放電空間6の幅について説明する。なお、放電空間6の幅とは、放電空間6の径方向長さのことである。図3に示すように、オゾン発生装置1における放電空間6の幅drは、電子の旋回運動(サイクロトロン運動)の最大幅以上であり、より具体的には、幅drは、電子の旋回運動の最大幅に等しい。また、電子の旋回運動の最大幅は、(i) ソレノイド状励磁コイル5によって放電空間6に生じる磁束密度の最大値と、(ii) 放電空間6に生じる電場の最大値と、から決定される。
(About the width of the discharge space)
Next, the width of the discharge space 6 will be described. The width of the discharge space 6 is the length in the radial direction of the discharge space 6. As shown in FIG. 3, the width dr of the discharge space 6 in the ozone generator 1 is equal to or greater than the maximum width of the electron swirling motion (cyclotron motion), and more specifically, the width dr is the electron swirling motion. Equal to maximum width. The maximum width of the swirling motion of the electrons is determined from (i) the maximum value of the magnetic flux density generated in the discharge space 6 by the solenoid-like excitation coil 5 and (ii) the maximum value of the electric field generated in the discharge space 6. .

なお、本実施形態では、周方向に関する全ての位置において、放電空間6の幅が一定であるが、放電空間の幅が一定でない場合には、放電空間の最小幅が、電子の旋回運動の最大幅以上であればよい。   In this embodiment, the width of the discharge space 6 is constant at all positions in the circumferential direction. However, if the width of the discharge space is not constant, the minimum width of the discharge space is the maximum of the swirling motion of electrons. It only needs to be significantly greater.

ソレノイド状励磁コイル5に直流電流を流すことにより、放電空間6には軸方向に沿った静磁場が発生する。そのため、陰極(図1乃至図3では内側電極2)から放出された電子は、電子の運動方向及び磁場の両方に垂直な力(ローレンツ力)を受ける。その結果、電子は、磁場に垂直な方向に旋回運動(サイクロトロン運動)をする。図3の円11は、電場Eがないと仮定した場合であって、電子が初速を与えられた場合における、電子の旋回運動(サイクロトロン運動)の軌跡を表わしたものである。   By flowing a direct current through the solenoid-like excitation coil 5, a static magnetic field along the axial direction is generated in the discharge space 6. Therefore, the electrons emitted from the cathode (inner electrode 2 in FIGS. 1 to 3) are subjected to a force (Lorentz force) perpendicular to both the direction of movement of the electrons and the magnetic field. As a result, the electrons perform a swiveling motion (cyclotron motion) in a direction perpendicular to the magnetic field. A circle 11 in FIG. 3 represents a trajectory of an electron swirling motion (cyclotron motion) when it is assumed that there is no electric field E and the electron is given an initial velocity.

図3の円11の半径、すなわち、電子の旋回運動の半径(Larmor半径)rは、次の式に従って計算される。
=(mv)/(eB) (式1)
ここで、v、m、e、及び、Bは、それぞれ、真空(10−4Pa以下)中における電子の旋回運動の、磁場に垂直な方向に関する速度成分、電子の質量、電気素量、及び、放電空間6の磁束密度である。また、ここで、vは、陰極(図1乃至図3の状態では内側電極2、極性が逆の状態では外側電極3)に最も近い位置における速度成分である。また、vは、電子が陰極より放出されたときの、磁場に垂直な方向に関する、電子の速度成分である。
The radius of the circle 11 in FIG. 3, that is, the radius (Larmor radius) r L of the turning motion of the electrons is calculated according to the following equation.
r L = (mv ) / (eB) (Formula 1)
Here, v ⊥, m, e, and, B, respectively, of the electronic pivotal movement in a vacuum (10 -4 Pa or less), the velocity component direction perpendicular to the magnetic field, electron mass, electric charge, And the magnetic flux density of the discharge space 6. Here, v is a velocity component at a position closest to the cathode (the inner electrode 2 in the state of FIGS. 1 to 3 and the outer electrode 3 in the opposite state). Further, v is an electron velocity component in the direction perpendicular to the magnetic field when electrons are emitted from the cathode.

実際には、オゾン発生装置1には、内側電極2及び外側電極3の間に、電場Eが生じる。すなわち、オゾン発生装置1には、電子に対して作用する、磁場以外の外力が存在している。そして、磁場の他に電場Eが存在している結果、電子は周方向にドリフト運動をする。ドリフト運動とは、磁場中を動く荷電粒子の旋回運動(円11参照)の中心(旋回中心という)が、磁場と垂直な方向に移動する動きのことを指す。オゾン発生装置1におけるドリフト運動の方向は、磁場及び電場に対して垂直な方向、すなわち周方向となる。   Actually, in the ozone generator 1, an electric field E is generated between the inner electrode 2 and the outer electrode 3. That is, the ozone generator 1 has an external force other than the magnetic field that acts on the electrons. As a result of the presence of the electric field E in addition to the magnetic field, the electrons drift in the circumferential direction. The drift motion refers to a motion in which the center (referred to as the swivel center) of the swiveling motion (refer to circle 11) of the charged particles moving in the magnetic field moves in a direction perpendicular to the magnetic field. The direction of the drift motion in the ozone generator 1 is a direction perpendicular to the magnetic field and the electric field, that is, the circumferential direction.

その結果、電子が旋回運動をしており、且つ、旋回中心がドリフト運動をすることになるので、一つの電子の軌跡は、軌跡10のようになる(図2及び図3参照)。具体的には、陰極である内側電極2から放出された電子は、軌跡10に沿って、陽極である外側電極3側へ移動し、その後、陰極(内側電極2)側へ戻る。この移動の間、電子は、ドリフト運動により、周方向にも移動している。そして、陰極(内側電極2)付近まで戻った電子は、斥力により再び陽極(外側電極3)側へ移動する。   As a result, the electrons are making a swiveling motion, and the swiveling center is in a drifting motion, so that the trajectory of one electron is a trajectory 10 (see FIGS. 2 and 3). Specifically, the electrons emitted from the inner electrode 2 that is the cathode move along the locus 10 toward the outer electrode 3 that is the anode, and then return to the cathode (inner electrode 2) side. During this movement, the electrons are also moving in the circumferential direction due to drift motion. Then, the electrons returning to the vicinity of the cathode (inner electrode 2) move again to the anode (outer electrode 3) side by repulsive force.

なお、ドリフト運動の速度(ドリフト速度)Vdは、次の式に従って計算される。
Vd=(E×B)/B (式2)
ここで、Vd、及び、Eは、それぞれ、ドリフト速度、及び、電場である。なお、式2において、E、B、及び、Vdはベクトル量である。
The speed of drift motion (drift speed) Vd is calculated according to the following equation.
Vd = (E × B) / B 2 (Formula 2)
Here, Vd and E are a drift velocity and an electric field, respectively. In Equation 2, E, B, and Vd are vector quantities.

また、電子の旋回運動の最大幅は、陰極表面と電子との間の最大距離であり、電子の旋回運動の直径(円11参照)に等しい。そして、放電空間の幅drは、以下の式を満たすように設定すればよい。
dr≧2r (式3)
The maximum width of the electron swirl is the maximum distance between the cathode surface and the electron, and is equal to the diameter of the electron swirl (see circle 11). Then, the width dr of the discharge space may be set so as to satisfy the following expression.
dr ≧ 2r L (Formula 3)

装置の大型化を防止する観点からは、drはできるだけ小さいほうがよいため、放電空間6の幅が、電子の旋回運動の直径に等しいことが望ましい。放電空間の幅drが式3を満たさない場合、すなわち、放電空間の幅が、電子の旋回運動の直径よりも小さい場合には、電子は、旋回運動の途中で陽極へ到達してしまい、電子の放電空間における運動距離が短くなってしまう(図2の軌跡10a参照)。   From the viewpoint of preventing an increase in the size of the apparatus, it is desirable that dr be as small as possible. Therefore, it is desirable that the width of the discharge space 6 is equal to the diameter of the electron swivel motion. When the width dr of the discharge space does not satisfy Equation 3, that is, when the width of the discharge space is smaller than the diameter of the electron swirl, the electrons reach the anode during the swirl, and the electrons The movement distance in the discharge space becomes shorter (see the locus 10a in FIG. 2).

ここで、電場の大きさは、陰極付近と陽極付近とで異なるため、陰極付近における電子のドリフト速度と、陽極付近における電子のドリフト速度とは異なる。そのため、式2におけるVdの値は一定ではなく、内側電極2付近では大きく、外側電極3付近では小さくなる。   Here, since the magnitude of the electric field is different between the vicinity of the cathode and the vicinity of the anode, the drift speed of electrons near the cathode and the drift speed of electrons near the anode are different. Therefore, the value of Vd in Equation 2 is not constant, and is large near the inner electrode 2 and small near the outer electrode 3.

また、装置の大型化を防止し、且つ、電子と陽極との接触を、より確実に防止する観点からは、幅drは、装置が大型化しない程度に、電子の旋回運動の直径よりも大きいことが望ましい。例えば、幅drを、次式を満たすように設定してもよい。
2r< dr < (2r + r/10) (式4)
Further, from the viewpoint of preventing the enlargement of the device and more surely preventing the contact between the electron and the anode, the width dr is larger than the diameter of the swivel movement of the electron to the extent that the device is not enlarged. It is desirable. For example, the width dr may be set so as to satisfy the following expression.
2r L <dr <(2r L + r L / 10) ( Equation 4)

なお、上記のように、内側電極2及び外側電極3には、交流電流が流れており、内側電極2及び外側電極3は、それぞれ、時間の経過と共に、陰極及び陽極の一方へ交互に変化する。図1においては、一例として、内側電極2が陰極であり、外側電極3が陽極になっている状態を示しているが、内側電極2が陽極で、外側電極3が陰極になることもある。   As described above, an alternating current flows through the inner electrode 2 and the outer electrode 3, and the inner electrode 2 and the outer electrode 3 alternately change to one of the cathode and the anode with the passage of time. . In FIG. 1, as an example, the inner electrode 2 is a cathode and the outer electrode 3 is an anode, but the inner electrode 2 may be an anode and the outer electrode 3 may be a cathode.

また、オゾン発生装置1においては、ソレノイド状励磁コイル5として超伝導マグネットを使用しているために、磁束密度Bが大きい。この条件下において、両電極における陽極及び陰極の変化の周期は、サイクロトロン運動の周期に比べて大きい。そのため、サイクロトロン運動の速度に対して、両電極における極性は、変化せずに停止しているとみなせる。従って、オゾン発生装置1の設計の際には、電極における極性の変化については考えず(例えば、図1乃至図3の極性で固定されたものとして)、電子の運動のみに着目して、上記の式を用いて、放電空間6の幅を設定すればよい。   Moreover, in the ozone generator 1, since the superconducting magnet is used as the solenoid-like exciting coil 5, the magnetic flux density B is large. Under this condition, the period of change of the anode and cathode in both electrodes is larger than the period of cyclotron motion. For this reason, it can be considered that the polarity at both electrodes does not change with respect to the speed of the cyclotron motion and is stopped. Therefore, when designing the ozone generator 1, the change in the polarity of the electrode is not considered (for example, assuming that the polarity is fixed as shown in FIGS. The width of the discharge space 6 may be set using the following equation.

上記のように、放電空間6の幅drを、式1及び式3を用いて適切に設定することができる。すなわち、幅drは、v、m、e、及び、Bを用いて設定される。ここで、定数である m 及び e を除くと、幅drは、v、及び、Bに基づいて設定される。また、vは、電場Eの大きさによって定まる。すなわち、幅drは、(i)交流電源7aによって放電空間6に生じる電場Eの大きさ(最大値)、及び、(ii)直流電源7bによって放電空間6に生じる磁束密度B、に基づいて決定される。 As described above, the width dr of the discharge space 6 can be appropriately set using Expressions 1 and 3. That is, the width dr is set using v 、, m, e, and B. Here, excluding constants m and e, the width dr is set based on v and B. Further, v is determined by the magnitude of the electric field E. That is, the width dr is determined based on (i) the magnitude (maximum value) of the electric field E generated in the discharge space 6 by the AC power supply 7a and (ii) the magnetic flux density B generated in the discharge space 6 by the DC power supply 7b. Is done.

また、例えば、以下のような条件においては、drを0.1[mm]以上に設定すればよい。
(1)ソレノイド状励磁コイルによる磁束密度B:1.7[T]
(2)電極間の電場Eの最大値:2.17×10 [V/m]
For example, dr may be set to 0.1 [mm] or more under the following conditions.
(1) Magnetic flux density B by solenoid-like excitation coil: 1.7 [T]
(2) Maximum value of the electric field E between the electrodes: 2.17 × 10 7 [V / m]

(オゾン発生装置の動作について)
以上のように構成されたオゾン発生装置1に交流電流を流すと、すなわち、内側電極2及び外側電極3の間に交流高電圧を印加すると、放電空間6において、無声放電が起こる。そして、放電空間6における放電により、オゾンが発生する。具体的には、放電空間6に、酸素分子(O)を含む気体が導入され、放電空間6における放電によって、電子と酸素分子とが衝突し、酸素分子から、ラジカルの酸素原子又はラジカルの酸素分子が生じる。そして、酸素分子と酸素原子との結合により、オゾン(O)が発生する。
(Operation of ozone generator)
When an alternating current is passed through the ozone generator 1 configured as described above, that is, when an alternating high voltage is applied between the inner electrode 2 and the outer electrode 3, silent discharge occurs in the discharge space 6. Then, ozone is generated by the discharge in the discharge space 6. Specifically, a gas containing oxygen molecules (O 2 ) is introduced into the discharge space 6, and electrons and oxygen molecules collide with each other due to the discharge in the discharge space 6. Oxygen molecules are generated. Then, ozone (O 3 ) is generated by the combination of oxygen molecules and oxygen atoms.

また、オゾン発生装置1の動作中は、内側電極2が回転する。具体的には、図2及び図3において、ドリフト運動の方向が時計回りであるのに対し、内側電極2は、反時計回りに回転する(図2及び図3の矢印G方向参照)。   Further, the inner electrode 2 rotates during operation of the ozone generator 1. Specifically, in FIGS. 2 and 3, the direction of the drift motion is clockwise, whereas the inner electrode 2 rotates counterclockwise (see the arrow G direction in FIGS. 2 and 3).

放電空間6において、電子の旋回中心が、周方向に沿ってドリフト運動を長く続けることができれば、一つの電子に関して、酸素分子との衝突回数が多くなる。その結果、一回の放電によって変換される酸素分子の数が多くなるため、オゾンの発生効率が向上する。そして、オゾン発生装置1においては、放電空間6の幅が適切に設定されていることにより、電子の旋回中心は、ドリフト運動を長く続けることができる。そのため、オゾン発生装置1においては、放電空間6において、陰極(図1乃至図3においては内側電極2)から放出された電子が、放出直後に、陽極(図1乃至図3においては外側電極3)まで到達してしまうようなことがない。そのため、電子が、放出直後に陽極に捉えられてしまうことがない。   In the discharge space 6, if the center of rotation of the electrons can continue to drift for a long time along the circumferential direction, the number of collisions with oxygen molecules increases for one electron. As a result, since the number of oxygen molecules converted by one discharge increases, the generation efficiency of ozone is improved. And in the ozone generator 1, when the width | variety of the discharge space 6 is set appropriately, the rotation center of an electron can continue drift motion for a long time. Therefore, in the ozone generator 1, electrons emitted from the cathode (inner electrode 2 in FIGS. 1 to 3) in the discharge space 6 immediately after emission, the anode (outer electrode 3 in FIGS. 1 to 3). ) Is not reached. Therefore, electrons are not caught by the anode immediately after emission.

(オゾン発生方法について)
次に、本実施形態に係るオゾン発生方法について、オゾン発生装置1を用いて説明する。このオゾン発生方法では、オゾン発生装置1が用いられる。
(About ozone generation method)
Next, the ozone generation method according to the present embodiment will be described using the ozone generator 1. In this ozone generation method, the ozone generator 1 is used.

本発生方法においては、放電空間6に酸素分子を含む気体を導入し、放電空間6における放電によってオゾンを発生させる(オゾン発生工程)。このオゾン発生工程においては、放電空間6の幅drが、放電空間6における電子の旋回運動の最大幅以上となっている(上記の式3参照)。   In this generation method, a gas containing oxygen molecules is introduced into the discharge space 6 and ozone is generated by the discharge in the discharge space 6 (ozone generation step). In this ozone generation step, the width dr of the discharge space 6 is equal to or greater than the maximum width of the swirling motion of electrons in the discharge space 6 (see Equation 3 above).

(効果)
次に、本実施形態に係るオゾン発生装置1及びオゾン発生方法の効果について説明する。オゾン発生装置1は、円柱状の内側電極2と、内側電極2の径方向外側に配置された外側電極3と、内側電極2及び外側電極3の間に形成された放電空間6に、軸方向に沿った磁場を発生させるソレノイド状励磁コイル(磁場発生部材)5と、を有し、放電空間6には酸素を含む気体が導入され、放電空間6における放電によってオゾンが発生し、放電空間6の幅drが、(i) ソレノイド状励磁コイル5によって放電空間6に生じる磁束密度の最大値と、(ii) 放電空間6に生じる電場の最大値と、から決定される、放電空間6における電子の旋回運動の最大幅以上となっている。
(effect)
Next, the effect of the ozone generator 1 and the ozone generation method according to the present embodiment will be described. The ozone generator 1 includes a cylindrical inner electrode 2, an outer electrode 3 disposed radially outside the inner electrode 2, and a discharge space 6 formed between the inner electrode 2 and the outer electrode 3 in the axial direction. And a solenoid-like excitation coil (magnetic field generating member) 5 for generating a magnetic field along the gas. A gas containing oxygen is introduced into the discharge space 6, and ozone is generated by the discharge in the discharge space 6. Is determined from (i) the maximum value of the magnetic flux density generated in the discharge space 6 by the solenoid-like excitation coil 5 and (ii) the maximum value of the electric field generated in the discharge space 6. It is over the maximum width of the swivel movement.

この構成によると、両電極(内側電極2及び外側電極3)間に放電空間6が形成される。そして、この放電空間6に酸素を含む気体が導入されることによって、オゾンが発生する。また、両電極間の電子は、ソレノイド状励磁コイル5により発生した磁場の影響を受け、ローレンツ力によって旋回運動(サイクロトロン運動)をする。そして、電子の旋回中心は、周方向にドリフト運動する。   According to this configuration, the discharge space 6 is formed between both electrodes (the inner electrode 2 and the outer electrode 3). Ozone is generated by introducing oxygen-containing gas into the discharge space 6. Electrons between the two electrodes are affected by the magnetic field generated by the solenoid-like excitation coil 5 and make a turning motion (cyclotron motion) by Lorentz force. Then, the center of rotation of electrons drifts in the circumferential direction.

上記のサイクロトロン運動の最大幅(内側電極からの最大距離)は、(i) 磁場発生部材によって生じる磁束密度と、(ii) 放電空間に生じる電場の大きさと、から決定される。そして、放電空間6の幅を、旋回運動の最大幅以上に設定すると、電子の旋回運動及びドリフト運動が妨げられなくなるため、電子の運動距離が長くなる。以上により、酸素分子と電子との衝突頻度が高くなり、オゾンの発生効率が確実に向上する。   The maximum width of the cyclotron motion (maximum distance from the inner electrode) is determined from (i) the magnetic flux density generated by the magnetic field generating member and (ii) the magnitude of the electric field generated in the discharge space. When the width of the discharge space 6 is set to be equal to or greater than the maximum width of the turning motion, the electron turning motion and the drift motion are not hindered, and the electron moving distance becomes long. As described above, the collision frequency between oxygen molecules and electrons increases, and the ozone generation efficiency is reliably improved.

また、オゾン発生装置1は、内側電極2を、周方向に回転させるモーター8をさらに有する。これにより、電極(陰極)の表面において、電荷が局所的に蓄積されることがないので、電極表面からの放電が、局所的に妨げられることがなくなり、放電が起こり易くなる。   The ozone generator 1 further includes a motor 8 that rotates the inner electrode 2 in the circumferential direction. Thereby, charges are not accumulated locally on the surface of the electrode (cathode), so that the discharge from the electrode surface is not disturbed locally, and the discharge is likely to occur.

また、オゾン発生装置1において、外側電極3は、内側電極2に対して同心配置された円筒状電極である。これにより、オゾン発生装置の構成を簡素化することができる。   In the ozone generator 1, the outer electrode 3 is a cylindrical electrode arranged concentrically with the inner electrode 2. Thereby, the structure of an ozone generator can be simplified.

また、オゾン発生装置1において、磁場発生部材は、外側電極3の径方向外側において、内側電極2及び外側電極3に対して同心に配置されたソレノイド状励磁コイル5である。これにより、放電空間6において、安定且つ均一な磁場を形成できる。   In the ozone generator 1, the magnetic field generating member is a solenoid-like excitation coil 5 that is disposed concentrically with the inner electrode 2 and the outer electrode 3 on the radially outer side of the outer electrode 3. Thereby, a stable and uniform magnetic field can be formed in the discharge space 6.

また、オゾン発生装置1において、ソレノイド状励磁コイル5には、超伝導マグネットが含まれる。これにより、装置運転時の消費電力を低くすることができる。また、強力な磁場を発生させることができるので、サイクロトロン運動の最大幅を小さくすることができ、装置を小型化できる。また、放電空間6において、安定且つ均一な磁場を、容易に形成できる。   In the ozone generator 1, the solenoid-like excitation coil 5 includes a superconducting magnet. Thereby, the power consumption at the time of apparatus operation can be made low. In addition, since a strong magnetic field can be generated, the maximum width of the cyclotron motion can be reduced, and the apparatus can be miniaturized. In addition, a stable and uniform magnetic field can be easily formed in the discharge space 6.

また、本発明に係るオゾン発生方法は、円柱状の内側電極2と、内側電極2の径方向外側に配置された外側電極3と、内側電極2及び外側電極3の間に形成された放電空間6に、軸方向に沿った磁場を発生させるソレノイド状励磁コイル5と、を有するオゾン発生装置1を用いるオゾン発生方法であって、放電空間6に、酸素を含む気体を導入し、放電空間6における放電によってオゾンを発生させるオゾン発生工程を有し、オゾン発生工程においては、放電空間6の幅が、(i)ソレノイド状励磁コイル5によって放電空間6に生じる磁束密度の最大値と、(ii) 放電空間6に生じる電場の最大値と、から決定される、放電空間6における電子の旋回運動の最大幅以上となっている。   In addition, the ozone generation method according to the present invention includes a cylindrical inner electrode 2, an outer electrode 3 disposed radially outside the inner electrode 2, and a discharge space formed between the inner electrode 2 and the outer electrode 3. 6 is an ozone generation method using an ozone generator 1 having a solenoid-like excitation coil 5 for generating a magnetic field along the axial direction. A gas containing oxygen is introduced into the discharge space 6, and the discharge space 6 In the ozone generation step, in which the width of the discharge space 6 is (i) the maximum value of the magnetic flux density generated in the discharge space 6 by the solenoid-like excitation coil 5, and (ii) ) The maximum value of the electric field generated in the discharge space 6 and the maximum width of the swirling motion of electrons in the discharge space 6 determined from the maximum value.

この方法により、放電空間6の幅を、旋回運動の最大幅以上に設定すると、電子の旋回運動及びドリフト運動が妨げられなくなるため、電子の運動距離が長くなる。そのため、酸素分子と電子との衝突頻度が高くなり、オゾンの発生効率が確実に向上する。   When the width of the discharge space 6 is set to be equal to or larger than the maximum width of the swirl movement by this method, the electron swivel movement and the drift movement are not hindered, and the electron movement distance becomes long. Therefore, the collision frequency between oxygen molecules and electrons increases, and the ozone generation efficiency is reliably improved.

また、オゾン発生装置1において、磁場を静磁場とすることにより、交番磁場とする場合に比べて、消費電力を低くすることができる。   Moreover, in the ozone generator 1, by making a magnetic field into a static magnetic field, power consumption can be made low compared with the case where it makes an alternating magnetic field.

また、内側電極2及び外側電極3の間には交流電流が流れているため、放電電流の方向は、周期的に反転する。そのため、直流電流が流れている場合に比べて、電子と酸素分子との衝突頻度が増大し、オゾン生成効率が向上する。   In addition, since an alternating current flows between the inner electrode 2 and the outer electrode 3, the direction of the discharge current is periodically reversed. Therefore, compared with the case where a direct current is flowing, the collision frequency of an electron and an oxygen molecule increases, and ozone production efficiency improves.

なお、図1においては省略しているが、オゾン発生装置1には、酸素を含む気体を供給するための供給管、及び、オゾンを含む気体を放出するための放出管が設けられていてもよい。また、オゾン発生装置1には、放電空間6に対して酸素を含む気体を供給するための、酸素供給装置が設けられていてもよい。   Although omitted in FIG. 1, the ozone generator 1 may be provided with a supply pipe for supplying a gas containing oxygen and a discharge pipe for discharging a gas containing ozone. Good. The ozone generator 1 may be provided with an oxygen supply device for supplying a gas containing oxygen to the discharge space 6.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るオゾン発生装置について、上記の実施形態と異なる部分を中心に説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図4は、本発明の第2実施形態に係るオゾン発生装置の構造を示す断面図である。図4において、符号103、106、110を付した部分は、それぞれ、上記の実施形態において符号3、6、10を付した部分に相当する。
(Second Embodiment)
Next, an ozone generator according to a second embodiment of the present invention will be described focusing on the differences from the above embodiment. In addition, about the part similar to said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to a figure and the description is abbreviate | omitted. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of an ozone generator according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the portions denoted by reference numerals 103, 106, and 110 correspond to the portions denoted by reference numerals 3, 6, and 10, respectively, in the above-described embodiment.

本実施形態に係るオゾン発生装置101では、外側電極は、複数の円柱状電極103から成る。また、複数の円柱状電極103のそれぞれにおける軸方向が、内側電極2の軸方向に平行である。また、本実施形態においては、誘電体が配置されていない。オゾン発生装置はこのように構成されていてもよい。なお、誘電体が配置されていてもよく、その場合に、誘電体は、円筒状であってもよいし、複数の円柱状電極103のそれぞれを包囲するように形成されていてもよい。   In the ozone generator 101 according to the present embodiment, the outer electrode includes a plurality of cylindrical electrodes 103. Further, the axial direction of each of the plurality of columnar electrodes 103 is parallel to the axial direction of the inner electrode 2. In the present embodiment, no dielectric is disposed. The ozone generator may be configured in this way. A dielectric may be disposed, and in that case, the dielectric may be cylindrical or formed so as to surround each of the plurality of columnar electrodes 103.

上記のように、本実施形態に係るオゾン発生装置101においては、外側電極は複数の円柱状電極103から成り、複数の円柱状電極103のそれぞれにおける軸方向が、内側電極2の軸方向に平行である。これにより、内側電極2と外側電極との間に局所的な電場が形成されるので、両電極間の放電が起こり易くなり、さらにオゾンの発生効率が向上する。   As described above, in the ozone generator 101 according to the present embodiment, the outer electrode includes the plurality of columnar electrodes 103, and the axial direction of each of the plurality of columnar electrodes 103 is parallel to the axial direction of the inner electrode 2. It is. Thereby, since a local electric field is formed between the inner electrode 2 and the outer electrode, discharge between both the electrodes is likely to occur, and the generation efficiency of ozone is further improved.

以上、本発明について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の範囲内において様々に変更して実施することができる。   Although the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

例えば、オゾン発生装置には、ソレノイド状励磁コイルへ励磁電流を付与するための回路が設けられていてもよく、これにより、コイルへ流す励磁電流の方向を、両電極に流す交流電流の周期に合わせて切り換えるようにしてもよい。   For example, the ozone generator may be provided with a circuit for applying an exciting current to the solenoid-like exciting coil, whereby the direction of the exciting current flowing to the coil is set to the period of the alternating current flowing to both electrodes. You may make it switch together.

また、上記の実施形態では、外側電極の外側に、一つの励磁コイルが配置されているが、この励磁コイルが、分割した複数個のコイルから成り、それぞれのコイルに流れる電流が異なるようにしてもよい。   In the above embodiment, one excitation coil is arranged outside the outer electrode. This excitation coil is composed of a plurality of divided coils, and the current flowing through each coil is different. Also good.

また、オゾン発生装置の放電方法は、上記の実施形態のような放電方法には限られない。例えば、以下のような放電によってオゾンを発生させてもよい。(a)沿面放電:セラミックス、ガラスなどの誘電体の表面に面状電極を配置し(または誘電体の内部に電極を埋め込み)、誘電体の表面に複数の線状電極を配置する。そして、電極間に電位差を与えて誘電体表面の電子を加速し、そこに酸素を含む気体を供給してオゾンを発生させる。(b)金属細線充填放電:棒状の陽極金属と、それを囲む円筒状の陰極金属との間にガラス容器を設置する。また、このガラス容器と陽極金属との間の空間に、金属細線を充填する。金属細線の周囲で放電させ、ここに酸素を含む気体を供給してオゾンを発生させる。   Moreover, the discharge method of an ozone generator is not restricted to the discharge method like said embodiment. For example, ozone may be generated by the following discharge. (A) Creeping discharge: A planar electrode is disposed on the surface of a dielectric such as ceramics or glass (or an electrode is embedded in the dielectric), and a plurality of linear electrodes are disposed on the surface of the dielectric. Then, a potential difference is applied between the electrodes to accelerate electrons on the dielectric surface, and a gas containing oxygen is supplied thereto to generate ozone. (B) Fine metal line discharge: A glass container is placed between a rod-like anode metal and a cylindrical cathode metal surrounding it. Moreover, a metal thin wire is filled in the space between the glass container and the anode metal. Electric discharge is generated around a fine metal wire, and a gas containing oxygen is supplied to generate ozone.

オゾン発生装置は、例えば、以下のようにして、最適条件(電子の運動距離が長くなる条件)で使用することができる。ここでは、装置に交番電場、及び、交番磁場を発生させる場合について説明する。(1)装置の使用条件として、電場Eの最大値(Esとする)、及び、磁束密度Bの最大値(Bsとする)が固定されている場合:予め、Es及びBsが得られるように、電場発生用電源、及び、磁場発生用電源の仕様を決定しておき、Es及びBsに基づいてdrを決定する。   The ozone generator can be used, for example, under the optimum conditions (conditions in which the electron moving distance becomes long) as follows. Here, a case where an alternating electric field and an alternating magnetic field are generated in the apparatus will be described. (1) When the maximum value of electric field E (assumed as Es) and the maximum value of magnetic flux density B (assumed as Bs) are fixed as usage conditions of the apparatus: Es and Bs are obtained in advance The specifications of the electric field generating power source and the magnetic field generating power source are determined, and dr is determined based on Es and Bs.

(2)装置の使用条件として、電場Eの最大値、又は、磁束密度Bの最大値が固定されておらず、これらのうち少なくとも一方が可変(調節可能)である場合:drの値を、所定のEs(電場Eの最大値)及び所定のBs(磁束密度Bの最大値)に基づいて、予め設定しておく。そして、電場Eの最大値、及び、磁束密度Bの最大値を、手動で、Es及びBsに設定操作できるように、調節機構にガイドを設ける(例えば、調節機構がダイヤルである場合に、Es及びBsを示す目盛の位置に特殊な指示線を付ける、又は、Es及びBsの位置でダイヤルが軽く止まるようにする)。または、スイッチを操作すると、電場Eの最大値、及び、磁束密度Bの最大値が、自動的にEs及びBsに切り替わるようにしてもよい。また、ユーザーに、予めEs及びBsの値を知らせておき、ユーザーが、電場Eの最大値、及び、磁束密度Bの最大値を、手動で、Es及びBsに設定操作できるようにしてもよい。   (2) As a use condition of the device, when the maximum value of the electric field E or the maximum value of the magnetic flux density B is not fixed and at least one of them is variable (adjustable): the value of dr Based on predetermined Es (maximum value of the electric field E) and predetermined Bs (maximum value of the magnetic flux density B), it is set in advance. A guide is provided in the adjustment mechanism so that the maximum value of the electric field E and the maximum value of the magnetic flux density B can be manually set to Es and Bs (for example, when the adjustment mechanism is a dial, Es is provided. And a special indication line at the position of the scale indicating Bs or Bs so that the dial lightly stops at the positions of Es and Bs). Alternatively, when the switch is operated, the maximum value of the electric field E and the maximum value of the magnetic flux density B may be automatically switched to Es and Bs. In addition, the user may be informed of the values of Es and Bs in advance so that the user can manually set the maximum value of the electric field E and the maximum value of the magnetic flux density B to Es and Bs. .

本発明に係るオゾン発生装置及びオゾン発生方法は、工場廃水の処理(循環水の処理、工場外へ排出する水の脱臭・脱色)、その他、食品の製造ラインにおける殺菌(食品工場内での一括殺菌処理)などに利用できる。   The ozone generating apparatus and ozone generating method according to the present invention are used for the treatment of factory wastewater (treatment of circulating water, deodorization / decolorization of water discharged outside the factory), and sterilization in food production lines (collective in food factories) (Sterilization treatment).

本発明の第1実施形態に係るオゾン発生装置の構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the ozone generator which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1のA−A’位置における断面図。Sectional drawing in the A-A 'position of FIG. 図2の主要部を拡大して示す断面図。Sectional drawing which expands and shows the principal part of FIG. 本発明の第2実施形態に係るオゾン発生装置の構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the ozone generator which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 オゾン発生装置
2 内側電極
3 外側電極
4 誘電体
5 ソレノイド状励磁コイル(磁場発生部材)
6 放電空間
7a 交流電源
7b 直流電源
8 モーター(回転機構)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ozone generator 2 Inner electrode 3 Outer electrode 4 Dielectric 5 Solenoid excitation coil (magnetic field generating member)
6 Discharge space 7a AC power supply 7b DC power supply 8 Motor (rotating mechanism)

Claims (6)

円柱状の内側電極と、
前記内側電極の径方向外側に配置された外側電極と、
前記内側電極及び前記外側電極の間に形成された放電空間に、軸方向に沿った磁場を発生させる磁場発生部材と、
前記内側電極及び前記外側電極の少なくとも一方を、周方向に回転させる回転機構と、を有し、
前記放電空間には酸素を含む気体が導入され、前記放電空間における放電によってオゾンが発生し、
前記放電空間の幅が、(i) 前記磁場発生部材によって前記放電空間に生じる磁束密度の最大値と、(ii) 前記放電空間に生じる電場の最大値と、から決定される、前記放電空間における電子の旋回運動の最大幅以上であることを特徴とするオゾン発生装置。
A cylindrical inner electrode;
An outer electrode disposed radially outside the inner electrode;
A magnetic field generating member for generating a magnetic field along an axial direction in a discharge space formed between the inner electrode and the outer electrode;
A rotation mechanism for rotating at least one of the inner electrode and the outer electrode in the circumferential direction ,
A gas containing oxygen is introduced into the discharge space, ozone is generated by the discharge in the discharge space,
The width of the discharge space is determined from (i) a maximum value of magnetic flux density generated in the discharge space by the magnetic field generating member and (ii) a maximum value of electric field generated in the discharge space. An ozone generator characterized by having a width greater than or equal to the maximum width of electron swirl.
前記外側電極は、前記内側電極に対して同心配置された円筒状電極であることを特徴とする、請求項1に記載のオゾン発生装置。 The ozone generator according to claim 1, wherein the outer electrode is a cylindrical electrode arranged concentrically with the inner electrode. 前記外側電極は複数の円柱状電極から成り、
前記複数の円柱状電極のそれぞれにおける軸方向が、前記内側電極の軸方向に平行であることを特徴とする、請求項1に記載のオゾン発生装置。
The outer electrode is composed of a plurality of cylindrical electrodes,
2. The ozone generator according to claim 1, wherein an axial direction of each of the plurality of columnar electrodes is parallel to an axial direction of the inner electrode.
前記磁場発生部材は、前記外側電極の径方向外側において、前記内側電極及び前記外側電極に対して同心に配置されたソレノイド状励磁コイルであることを特徴とする、請求項1乃至のいずれか一項に記載のオゾン発生装置。 Wherein the magnetic field generating member, in the radially outer side of the outer electrode, characterized in that to the inner electrode and the outer electrode is a solenoidal excitation coil arranged concentrically, any one of claims 1 to 3 The ozone generator according to one item. 前記磁場発生部材には、超伝導マグネットが含まれていることを特徴とする、請求項1乃至のいずれか一項に記載のオゾン発生装置。 The ozone generator according to any one of claims 1 to 4 , wherein the magnetic field generating member includes a superconducting magnet. 円柱状の内側電極と、前記内側電極の径方向外側に配置された外側電極と、前記内側電極及び前記外側電極の間に形成された放電空間に、軸方向に沿った磁場を発生させる磁場発生部材と、前記内側電極及び前記外側電極の少なくとも一方を、周方向に回転させる回転機構と、を有するオゾン発生装置を用いるオゾン発生方法であって、
前記放電空間に、酸素を含む気体を導入し、前記放電空間における放電によってオゾンを発生させるオゾン発生工程を有し、
前記オゾン発生工程においては、前記放電空間の幅が、(i) 前記磁場発生部材によって前記放電空間に生じる磁束密度の最大値と、(ii) 前記放電空間に生じる電場の最大値と、から決定される、前記放電空間における電子の旋回運動の最大幅以上であることを特徴とするオゾン発生方法。
Magnetic field generation for generating a magnetic field along the axial direction in a cylindrical inner electrode, an outer electrode arranged radially outside the inner electrode, and a discharge space formed between the inner electrode and the outer electrode An ozone generation method using an ozone generator having a member and a rotation mechanism that rotates at least one of the inner electrode and the outer electrode in a circumferential direction ,
Introducing an oxygen-containing gas into the discharge space, and generating ozone by discharge in the discharge space;
In the ozone generation step, the width of the discharge space is determined from (i) the maximum value of the magnetic flux density generated in the discharge space by the magnetic field generating member, and (ii) the maximum value of the electric field generated in the discharge space. The ozone generation method is characterized by being equal to or greater than the maximum width of the swirling motion of electrons in the discharge space.
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