JP5439556B2 - オゾン発生装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、オゾン発生装置に関する。
一般的なオゾン発生装置は、気密容器内に配置された誘電体電極と金属電極とを備え、誘電体電極と金属電極との間には放電ギャップを形成するためのスペーサが挿入されている。ここで、誘電体電極の内面には導電膜が設けられている。
このようなオゾン発生装置において、ガス入口から気密容器内に導入された原料ガスは、誘電体電極と金属電極との間に形成された放電ギャップを流れ、ガス出口から流出される。
この原料ガスの導入と並行して誘電体電極と金属電極との間に高圧電源から交流高電圧をヒューズおよび高圧給電端子を介して印加すると、放電ギャップに誘電体バリア放電が形成され、オゾンが発生する。なお、誘電体バリア放電は単にバリア放電、あるいは無声放電と呼ばれることもある。
この誘電体バリア放電で発生する熱は、金属電極と気密容器とで形成された冷却水流路内に供給される冷却水により冷却される。これにより、放電ギャップのガス温度上昇を抑制し、効率的にオゾンが得られることとなっていた。
従来の一般的なオゾン発生装置では、放電ギャップ長dは0.6mm〜1.3mmとされ、原料ガスである空気のガス圧pは0.17〜0.28MPa(絶対圧)とされていた。
ところで、原料ガスのガス圧pと放電ギャップ長dとの積は、一般にpd積と呼ばれている。このpd積を一定にすることで、放電の相似則が成立する。これは、pd積が放電ギャップ中のガス分子数を表すためである。
たとえば、放電ギャップ中を走行する電子の増倍は、ガスの電離係数αと放電ギャップ長dの積αdで表され、
αd=(α/p)(pd)
と書き換えるとα/pは単一衝突による電離を表し、pd積は放電ギャップ中に含まれる分子数を表す。有名な放電開始電圧を与えるPaschenの法則が、pd積の関数であるのはこのためである。
これまで用いられてきた放電ギャップ長dは先にも述べたように0.6mm以上の領域にあり、この領域ではpd積のオゾン収率に対する最適値は20kPa・cm近くの一定値であり、オゾン収率のより一層の向上は困難であった。
特開平10−182109号公報
したがって、オゾン収率を向上させるために放電ギャップ長dを0.6mm未満の最適な値とすることが考えられる。
従来放電ギャップを形成するためにステンレス板金製のスペーサ(板金スペーサ)を使用していた。
ところで、強度的な観点から使用可能なリング状の板金スペーサの板厚は0.2mm程度となり、放電ギャップ長を0.4mmにしようとした場合には、実質的に、スペースを全て埋めてしまい、その使用が困難である。
また、板金スペーサには、誘電体電極が挿入されるが、構造上、両端部の2箇所にしか挿入できないこととなり、金属電極(例えば、ステンレス管)と、誘電体電極(放電管)は共に多少なりとも曲がっているため、板金スペーサが挿入できない中央部において放電ギャップ長dが所望の値とならず、この結果、オゾン発生効率(g/kWh)が理論値よりも低下することとなっていた。
そこで、本発明の目的は、放電ギャップ長を0.6mm未満とした場合でも、放電ギャップ長を長手方向に一定に維持してより高いオゾン収率を達成することが可能なオゾン発生装置を提供することにある。
実施形態のオゾン発生装置は、円筒状の高圧電極に対し、同軸に円筒状の低圧電極を配置し、高圧電極と低圧電極との間に誘電体を介して所定の高電圧を印加して放電させ、放電によりオゾンを発生させる。
ここで、放電ギャップ長dが0.3mm〜0.5mmとされている。
さらに低圧電極あるいは高圧電極のいずれか一方が金属電極として形成され、いずれか他方が誘電体電極として形成され、金属電極は、サインカーブ状に曲がった形状を有している。
そして、誘電体電極に対向する金属電極の内周面に、当該金属電極を誘電体電極に対し、放電ギャップ長を保持しつつ同軸に保持するためのドーム形状を有する複数の突起が金属電極の周方向に沿って配置された突起群を設け、突起群は、少なくとも、放電空間の長手方向の中央部及びそれぞれ前記放電空間の両端から次式を満たす所定距離Lの位置の3箇所に設けられている。
0.0≦L/L≦0.1
ここで、Lは、放電空間長さである。
図1は実施形態のオゾン発生装置の概要構成断面図である。 図2は、実施形態のオゾン発生装置におけるオゾン発生原理説明図である。 図3は、金属電極に形成される突起及び誘電体電極との加工寸法の関係説明図である。 図4は、突起形成の原理説明図である。 図5は、金属電極の長手方向における各突起群の配置位置の最適化に際しての検討モデルの説明図である。 図6は、誘電体電極及び金属電極の曲がりの状態の説明図である。 図7は、金属電極が曲がっているときに誘電体電極を金属電極に挿入した場合の放電ギャップの状態の説明図である。 図8は有限要素法モデルの説明図である。 図9は、点−面接触要素モデルの説明図である。 図10は、有限要素法モデルの接触要素の位置を説明するための図である。 図11は、有限要素法モデルを用いた解析状態の説明図である。 図12は、有限要素法モデルを用いた解析結果のうちY方向変位量を説明する図である。 図13は、有限要素法モデルの部分断面斜視図である。 図14は、逸脱量の説明図である。 図15は、長さ 最大逸脱量の関係の説明図である。 図16は、金属電極がサインカーブ状に曲がっている場合の長さ 最大逸脱量の関係の説明図である。 図17は、金属電極の曲がりに伴う誘電体電極挿入時の摩擦の問題の説明図である。 図18は、放電ギャップとオゾン収率の関係を示す図である。 図19は、放電ギャップ長dを変更したときの突起で発生する反力の合計値(N)を示す図である。 図20は、突起の高さと、誘電体電極に接触している突起の数(接触点数)と、の関係の説明図である。 図21は、突起の高さ=0.39mmの場合における突起の接触状態の説明図である。 図22は、突起の高さ=0.41mmの場合の接触状態の説明図である。 図23は、突起の高さ=0.41mmの場合の接触状態のシミュレーション結果及び実際の状態の説明図である。 図24は、突起群を構成する突起数の一例の説明図である。 図25は、突起の数=3の場合の反発力計算条件の説明図である。 図26は、突起数と反力合計の平均値の説明図である。 図27は、突起の数=3の場合の反力のつり合いを説明する図である。 図28は、誘電体電極と金属電極との同軸度について検討するための図である。 図29は、突起の数と、最小ギャップが突起高さより小さくなる度合いと、の関係を説明する図である。 図30は、突起の形状の説明図である。 図31は、実施形態の変形例の説明図である。
次に実施形態について図面を参照して説明する。
図1は実施形態のオゾン発生装置の概要構成断面図である。
実施形態のオゾン発生装置10は、誘電体バリア放電式のオゾン発生装置として構成されている。
オゾン発生装置10は、大別すると、オゾン発生装置本体11と、オゾン発生装置本体11を気密状態で収納する収納容器12と、収納容器12内のオゾン発生装置本体11に高圧碍子13を介して、オゾン発生用電力を供給する高圧電源(高圧交流電源)14と、を備えている。
収納容器12内のオゾン発生装置本体11は、高圧碍子13に電気的に接続された接続板15及びヒューズ16を介してオゾン発生用電力が供給される複数の誘電体電極17と、誘電体電極17の外周面のそれぞれに対向して、所定の放電ギャップ長dが保たれて同軸状態に保持された円筒状かつステンレス鋼製の金属電極18が配置されている。
ここで、誘電体電極17は、図1中、左右の両方向から金属電極18内に同軸に挿入されている。さらに誘電体電極17には、高圧電源が供給されているので、高電位側電極として機能している。
また、金属電極18の誘電体電極17の対向している面とは逆の面側には、金属電極18と一体に冷却水流路19が形成されており、全体として、蜂の巣状の金属電極集合体18Aをなしている。ここで、金属電極集合体18Aは、接地されており、金属電極18は低電位側電極として機能している。
この金属電極18の背面に設けられた冷却水流路19は、収納容器12に設けられた冷却水が導入される冷却水入口21と冷却水が導出される冷却水出口22との間に配置されている。
さらに収納容器12には、原料ガスが導入されるガス入口23及び未反応の原料ガス及びオゾン(O)が導出されるガス出口24が設けられている。
図2は、実施形態のオゾン発生装置におけるオゾン発生原理説明図である。
上述したように、収納容器12内には、円筒状の誘電体電極17が配置されている。この誘電体電極17の外周面に対向して、所定の放電ギャップ長dが保たれた状態で円筒状の金属電極18が配置されている。
ここで、誘電体電極の詳細構成について説明する。
誘電体電極17は、耐熱性および耐電圧性を有する誘電体として、熱膨張係数の小さい石英ガラス等で形成された円筒状(試験管状)に形成された円筒状誘電体25を備えている。円筒状誘電体25の内周面には、導電電極(高電位側電極)としての電極皮膜層26が形成されている。この電極皮膜層26には、ヒューズ16を介して高圧電源14に接続された高圧給電端子27が接続されている。
上記構成において、円筒状誘電体25は、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、高ケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、セラミックスなどにより形成する。
また電極皮膜層26は、金、銀、銅、ステンレス、クロム、錫、亜鉛、ニッケルカーボンあるいはアルミニウムをスパッタリング、溶射、蒸着、無電解メッキ、電解メッキ、塗料塗布などにより形成される。
上記構成において、放電ギャップ長dの距離に相当する放電ギャップ長dは、従来の一般的なオゾン発生装置の放電ギャップ長である0.6mmよりも短い0.3mm〜0.5mmに設定されている。
次に、ギャップ長d=0.30mm〜0.50mmに設定するために金属電極18への突起31の形成方法について詳細に説明する。
以下の説明においては、実験結果に基づいて、放電ギャップ長dの範囲内において、オゾン収率がより高かった放電ギャップ長d=0.40mmの場合を主として説明する。
本実施形態の金属電極18を形成するに際しては、ステンレス管の内周面に例えば、4個の凸状の突起31を形成する。
そして4個の突起31の先端に内接する内接円の直径Dを、放電管としての誘電体電極17の直径より少し大きくする。これに円筒状の誘電体電極17を挿入することにより、4個の突起31により放電ギャップ長dが所望の値(上述の例の場合0.4mm)になる。 以下においては、金属電極18を構成するステンレス管に突起31を形成するための加工をスペーシング加工と呼ぶことにする。
上述したように、誘電体電極17は、内周面(内側)に電極皮膜層26が形成された管状(試験管状)の誘電体(ガラスあるいはセラミック)である。
図3は、金属電極に形成される突起及び誘電体電極との加工寸法の関係説明図である。
図3においては、理解の容易のため、金属電極18であるステンレス管の直径に対して、突起31を誇張して図示している。
図3(a)に示すように、誘電体電極(放電管)17の外径を とし、誘電体電極17には製造上±0.15mmのばらつきがあるとする。
ここで突起31の先端と金属電極18内に挿入された誘電体電極17との隙間をαとすると、製造上のばらつきを考慮して、製造された全ての誘電体電極17を金属電極18内に挿入可能とするためには、図3(b)及び図3(c)に示すように、全ての突起31の先端に内接する内接円CIの直径Dが(1)式を満たすように突起31を有する金属電極18を加工する必要がある。
D=( +0.15)+α [mm] (1)
上述のように加工した金属電極18内に誘電体電極17を挿入すると、金属電極18あるいは誘電体電極17において、製造時に想定される曲がりが生じていたとしても、図3(d)に示すように、長手方向中央部CPにおける放電ギャップ長dは、設計範囲内となる。
次に突起31の形成方法について説明する。
図4は、突起形成の原理説明図である。
まず、図4(a)に示すように、金属電極18を構成するステンレス管の中に金型(焼入れ鋼)41を挿入し、例えば、同一円周上に4箇所の突起31を形成する場合には、可動型のポンチP1、P2を90度ずらした位置に配置する。さらにポンチP1、P2のそれぞれに対向する位置に、固定型のポンチP11、P12をそれぞれ配置する。
そして、可動型のポンチP1を矢印A1方向に押圧し、ポンチP2を矢印A2方向に押圧する。
この結果、金属電極18には、ポンチP1、P2、P11、P12の全てが当接することとなるので、そのまま押圧を継続し、突起31を徐々に形成し、図4(b)に示すように、形成された突起31の先端を金型41に突き当てる。
このとき、押圧停止後の戻り量を考慮して、金型41の寸法を設定しておくことで、所望の突起31の高さ(例えば、0.40mm)を得ることが可能となる。
以上は、突起31の形成方法の説明であったが、この場合において、最適な突起31はどのようなものとする必要があるのか、すなわち、突起31の設計最適値を求めることが重要な課題となる。
以下、突起31の設計最適値を求める際に考慮すべき事項について検討する。
本実施形態においては、図3に示したように、金属電極18の長手方向両端部CT1、CT2及び長手方向中央部CPの3箇所の同一円周上にそれぞれ複数(図3では、4個)の突起31で構成される突起群を配置している。すなわち、一つの金属電極18において、合計12個(3箇所×4個)の突起31が形成されている。
本実施形態においては、次の3点について検討する。
(1)金属電極の長手方向における各突起群の配置位置の最適化
突起群を金属電極18の長手方向両端部CT1、CT2及び長手方向中央部CPの3箇所に設ける場合、長手方向中央部CPに設ける突起群は放電領域の中央に設けるのが最も好ましい。
一方、金属電極18の長手方向両端部CT1、CT2に設ける突起群の位置(放電領域の両端からの距離)は選択の自由度がある。
これに対して、突起31が当接している位置から離れた場所においては、放電ギャップ長dは突起高さと異なる場合がある。特に金属電極18あるいは誘電体電極17が曲がっている場合には、放電ギャップ長dは突起高さと異なる。
したがって、金属電極18あるいは誘電体電極17が曲がっている場合でも、放電ギャップ長dと突起高さとの差が最小となるような突起群の位置があると考え、金属電極18の長手方向における各突起群の最適となる配置位置について検討した。
(2)突起先端と誘電体電極との間の間隔の最適化
誘電体電極17あるいは金属電極18が曲がっている場合には、誘電体電極17を金属電極18内に挿入するときに、誘電体電極17及び金属電極18がそれぞれ弾性変形する。
この結果、突起31において反力が発生する。この結果、誘電体電極17の金属電極18への挿入時に摩擦力が発生する。ここで、摩擦力を低減するためには、突起31の先端の内接円CI(図3参照)の直径Dは、誘電体電極17の直径 より若干大きくする必要がある。一方、内接円CIの直径Dを大きくしすぎると、放電ギャップ長dが変化することとなるため上限がある。内接円CIの直径Dを誘電体電極17の直径 より若干大きくする際の量(突起先端と放電管の間隔)の最適値について検討した。
(3)突起数の最適化
上述したように、本実施形態においては、一つの突起群の突起31の数は4個である。誘電体電極17を金属電極18内に同軸に保持するには、少なくとも突起数は3個以上設ける必要がある。一方、その上限は、金属電極18の寸法に制限されるが、あまり多くすると、加工におけるコストパフォーマンスが低下する。
そこで、突起31の数について誘電体電極17あるいは金属電極18が曲がっているときの誘電体電極17の挿入摩擦力の観点から、突起31の数が3個〜10個の範囲内で突起31の個数の最適値について検討した。
まず金属電極の長手方向における各突起群の配置位置の最適化について検討する。
図5は、金属電極の長手方向における各突起群の配置位置の最適化に際しての検討モデルの説明図である。
本実施形態においては、突起群は上述したように、金属電極18の長手方向両端部CT1、CT2及び長手方向中央部CPの3箇所に設けるものとしている。
金属電極18の長手方向における各突起群の配置位置の最適化とは、図5において、長さL、L、L、Lの最適値を求める問題である。
この場合において、対称性からL=L2、=Lであるため。長手方向中央部の支持点は、放電空間の中央となる。よって未知数はL(=L)だけとなり、長さLと全長Lの比を求める問題となる。
ここで、誘電体電極17及び金属電極18について曲がりについて考察する。
図6は、誘電体電極及び金属電極の曲がりの状態の説明図である。
誘電体電極17及び金属電極18は大なり小なり曲がっているのが一般的である。経験上、曲がりの状態としては、山一つ(一次成分)の曲がりを有するものがほとんどで、山が二つ以上の曲がりを有するもの(二次成分以上)はほとんどない。また山一つの場合の曲がり具合を振幅δ1とし、山二つの場合の曲がり具合を振幅δ2とすると、
δ1>>δ2
であり、一般的には、
δn>>δn+1
である。
曲がりの状態における山の数をnとしたときの曲がり成分をn次成分と呼ぶものとすると、上記経験則は、「二次成分の振幅δ2は一次成分の振幅δ1より小さい。」と言い換えることができる。この経験則に従えば、山の一次成分である振幅δ1が最も大きい。曲がっている管は、一般的に一次成分(振幅δ1)からn次成分(δn)まで持っている。
しかし、実際的には、図6(b)に示すように、曲がりの一次成分(振幅δ1に相当)は、曲がりの全体を支配するほど大きいため、二次以上の成分(振幅δ2を含む)は無視しても問題はない。
なお、少数の割合で山が二つ以上のものが観測されたとしても、その管は、曲がりの一次成分(振幅δ1)を持っていなかっただけである。また、上述したように二次成分(振幅δ2)はもともと一次成分に比較して小さいため、放電ギャップ長dの不均一への影響量は小さいと考えられる。
以上のことから、本実施形態においては、管の曲がりは「山一つ」であるものとして検討を進めるものとする。
まず、長さLが適切でないとどのような問題が発生するかを述べる。
図7は、金属電極が曲がっているときに誘電体電極を金属電極に挿入した場合の放電ギャップの状態の説明図である。
図7(a)に示すように、金属電極18が曲がった状態であり、このまま、誘電体電極17を金属電極18に挿入した場合には、図7(b)に示すような状態となる。
すなわち、図7(b)において、破線円内に示すように突起31に誘電体電極17が当接している部分では、放電ギャップ長dは、突起31の高さと等しくなる。一方、実線円内に示すように、突起31に誘電体電極17が当接していない部分では、放電ギャップ長dは、突起31の高さと異なることとなる。
このときの各部分における放電ギャップ長dの突起31の高さとの差の大きさを逸脱量と呼ぶものとする。この逸脱量の度合いは、突起31の形成位置に相当する放電空間端部からの長さ(距離)Lに依存している。
したがって、製品設計としては、放電ギャップ長dの逸脱量が最少になるような長さ(距離)Lを求めることが必要となる。
ここで、より具体的に検討を行う。
以下においては、誘電体電極17及び金属電極18をそれぞれ管(パイプ)として取り扱い、有限要素法を用いて逸脱量と逸脱量が最少となる突起31の最適な位置を求めた。
この場合において、計算上は、誘電体電極17及び金属電極18の断面のみを考慮し、それぞれ、直線及び関数y=f(x)で表される曲線として取り扱う。
そして、関数y=f(x)で表される曲線が直線から離間する量を「反り量」と呼ぶものとする。
金属電極18の曲がりによる反り量yを金属電極18の長さ方向の関数f(x)と表記するとすると、現実の金属電極の曲がり方を表現する関数f(x)は、様々考えられる。
以下、代表例として、放物線の場合とサインカーブの場合とについて検討する。
(a)放物線の場合
放物線の場合、金属電極の曲がり方を表現する関数f(x)は、例えば、(2)式で表される。
Figure 0005439556
ただし、aは、正の値である。
x=Lのとき、(2)式は、以下の通りとなる。
Figure 0005439556
つまり突起31の位置における反り量は零である。
反り量が正側において最大値をとるのは、
Figure 0005439556
の場合である。
Figure 0005439556
反り量が負側の最大値は、x=0の時である。
Figure 0005439556
ここで、a>0であり、L>Lなので、
Figure 0005439556
したがって、f(0)<0である。
(b)サインカーブの場合
サインカーブの場合、金属電極の曲がり方を表現する関数f(x)は、例えば、(8)式で表される。
Figure 0005439556
x=Lのとき
Figure 0005439556
である。つまり、突起31の位置における反り量は零である。
反り量の正側の最大値は、
Figure 0005439556
の時である。
Figure 0005439556
また、反り量の負側の最大値は、x=0のときである。
Figure 0005439556
図8は有限要素法モデルの説明図である。
図8においては、誘電体電極17及び金属電極18をシェル要素でモデル化し、突起31については、後述する点−面接触要素としてモデル化している。
また、図8においては、外側の金属電極18のみ放物線状に0.50mm反っている管とし、内側の誘電体電極17は、理想的な直管であるものとしている。
図8(a)は、有限要素法モデルの全体図、図8(b)は、有限要素法モデルの端部拡大図、図8(c)は、有限要素法モデルの断面説明図である。
ここで、管体である誘電体電極17及び金属電極18をシェル要素でモデル化したため、管の直径は板厚に対する中立面となっている。また誘電体電極17は、ガラス製とし、中立面直径=42.4mm、板厚T17=1.6mmとしている。また金属電極18は、ステンレス鋼製とし、中立面直径=46.3mm、板厚T18=1.5mmとしている。
また、放電ギャップ長dは0.40mmとしている。
これらの結果、有限要素法モデルにおける誘電体電極17と金属電極18との間の間隔は図8(c)に示すように、管の板厚を考慮して1.95mmとなる。よって、数値解析でのギャップは1.95mmとなる。解析モデルは長手方向を半分としたハーフモデルとしたが、図8(a)には対称物も表現されている。後述する図12においても、対称物を表示している。
解析には、サイバネットシステム社製有限要素法解析ソフトANSYS Ver.13.0を使用した。
突起31は、誘電体電極17と金属電極18とが接触するときは両者に反力が発生するが、接触していないときは力のやり取りはない。そこで、本実施形態においては、点−面接触要素を用いて突起31をモデル化した。
図9は、点−面接触要素モデルの説明図である。
図9のモデルにおいて、接触要素は、「間隔が1.95mmのときに接触した」として機能している。つまり、接触要素の長さが1.95mmと解釈できる。
図9(a)に示すように、突起31に相当する点−面接触要素31Eは、誘電体電極17に相当するシェル要素17Sあるいは金属電極18に相当するシェル要素18Sと接触しているときに機能し、発生した反力に従って誘電体電極17に相当するシェル要素17Sあるいは金属電極18に相当するシェル要素18Sが変形する。
これに対し、突起31に相当する点−面接触要素31Eが金属電極18に相当するシェル要素18Sと接触していないときは、図9(b)に示すように突起31に相当する点−面接触要素31Eと誘電体電極17に相当するシェル要素17S及び金属電極18に相当するシェル要素18Sとの間で力のやりとりはない。
図10は、有限要素法モデルの接触要素の位置を説明するための図である。
図10において、点−面接触要素31Eの位置は突起31が設けられる位置に相当している。
図10(a)は、有限要素法モデルの一部破断拡大斜視図である。図10(b)は、点−面接触要素の配置説明図である。図10(c)は、図10(b)のA−A断面図である。図10(d)は、図10(b)のB−B断面図である。図10(e)は、図10(b)のC−C断面図である。
本実施形態においては、誘電体電極17あるいは金属電極18に相当するシェル要素の両端からそれぞれLの距離(それぞれA−A断面、C−C断面位置に相当)と中央の位置(B−B断面位置に相当)の同一円周上に90度ピッチで4箇所、突起31に相当する点−面接触要素31Eを配置した。
図11は、有限要素法モデルを用いた解析状態の説明図である。
この場合において、有限要素法モデルに印加される外力はない。
したがって、放物線状に0.50mm反っている金属電極18内に直管である誘電体電極17を挿入したときに突起31(=点−面接触要素31E)により両者が干渉することとなる。
より詳細には、誘電体電極17を金属電極18内に強引に挿入すると突起31で両者が接触した状態を保持するように、つまり有限要素法モデルにおける点−面接触要素31Eの間隔Gが1.95mmとなるように誘電体電極17に相当するシェル要素17S及び金属電極18に相当するシェル要素18Sが弾性変形する。そのときの両者の変形量を求める。同時に突起31に相当する点−面接触要素における反力も求める。
図12は、有限要素法モデルを用いた解析結果のうちY方向変位量を説明する図である。図12(a)は、金属電極18のY方向変位量の説明図、図12(b)は、誘電体電極17のY方向変位量の説明図である。
ここで、Y方向とは、金属電極18(及び金属電極18に相当するシェル要素18S)が反っている方向である。
有限要素法モデルを用いた解析では、誘電体電極17及び金属電極18をそれぞれの材質に相当するヤング率に従った弾性体として取り扱っている。よって両者がそれぞれのヤング率と形状(直径、板厚)に従って変形している。
具体的には、図12(a)に示すように、金属電極18は、反りが少なくなる方向に曲げられている。一方、図12(b)に示すように、誘電体電極17は、反りが多くなる方向に曲げられている。
そして、両者の反りに伴う反力f1、f2が全体として釣り合うような状態となっている。
次に逸脱量a1、a2の求め方について説明する。
ここで、逸脱量a1は中央と、端からLの位置に設けられた突起31と、の間における逸脱量である。また、逸脱量a2は端と、端からLの位置に設けられた突起31と、の間における逸脱量である。
図13は、有限要素法モデルの部分断面斜視図である。
有限要素法モデルを用いた解析から各節点の変位量が求まる。
そして、節点座標と変位量から、図13に示す変形後の上側ギャップUGと下側ギャップLGを求める。
図14は、逸脱量の説明図である。
図14において、金属電極18における放電域の長さは、1.375mであるものとする。
逸脱量a1,a2には、上側ギャップUGに起因するものと下側ギャップLGに起因するものがあり、計4種類になる。
まず、上側逸脱量a1,a2,下側逸脱量a1,a2のうち最も大きい最大逸脱量cを選択する。
この場合において、最大逸脱量cは長さLに従って変化する。
したがって、最大逸脱量cが最小となるような長さLが、突起位置の最適値となる。
図15は、長さLと最大逸脱量の関係の説明図である。
図15の例の場合、長さL=0.0573mのとき、つまり /L=0.042のとき最大逸脱量cが最小となるため、これが長さLの最適値つまり突起位置の最適値となる。
実用的な長さLの最適範囲、すなわち、突起31の位置としては、条件を様々変化させた結果、L/L=0.04〜0.06の間にあるという結果が得られた。
以上の説明は、金属電極18が放物線状に曲がっているときのものであったが、つぎにサインカーブ状に曲がっている場合の突起31の形成位置の最適値について検討する。
ここで、金属電極18の曲がりの状態を表す式f(x)は、上述したように(8)式として表される。
上述したのと同様の方法で金属電極18の有限要素法モデルを用いて、放電ギャップ長dの目標値からの逸脱量を求め、長さ と最大逸脱量との関係から実用的な長さLの最適範囲を算出した。
図16は、金属電極がサインカーブ状に曲がっている場合の長さLと最大逸脱量の関係の説明図である。
図16に示すように、金属電極18がサインカーブ状に曲がっているときは、L=0.0、つまり突起位置を端にすると逸脱量を最小化できる。
そして実用的な長さLの最適範囲、すなわち、突起31の位置としては、条件を様々変化させた結果、L/L=0.0〜0.1の間にあるという結果が得られた。
次に突起31の先端と誘電体電極17との間の間隔の最適化について検討する。
まず、誘電体電極17を金属電極18内に挿入する際の摩擦力について検討する。
誘電体電極17又は金属電極18の寸法精度が低い場合、突起31を設けた金属電極18内に誘電体電極17を挿入するときに、突起31により誘電体電極17と金属電極18との間に摩擦力が発生し、挿入が困難になることが考えられる。
また、オゾンを生成させた後に挿入した誘電体電極17を引抜くときには、挿入時よりはるかに大きな力が必要であった。
これは誘電体電極17の表面に付着した酸化粉が原因と推測されている。
また、金属電極18の異常形状としては、「曲がり」と「円形断面が真円でないこと」が考えられる。
しかしながら、誘電体電極17は、最初の2箇所の突起31(突起群)に対しては容易に通過し、最後の(挿入側から三番目の突起群を構成している)突起31を通過するときに摩擦が発生した。したがって、誘電体電極17の挿入に影響を及ぼす異常形状は、「曲がり」が支配的であると考えられた。
図17は、金属電極の曲がりに伴う誘電体電極挿入時の摩擦の問題の説明図である。
金属電極18に設けられた突起31に内接する内接円の直径をDとした場合に、誘電体電極17の外径寸法公差は、図17(a)に示すように、 ±0.15mmである。
したがって、誘電体電極17の外形寸法が外形寸法公差上限である場合(= +0.15mm)を想定すると、金属電極18に突起31を設けることにより金属電極18の実効的な内径寸法、つまり、一組の突起群の先端に内接する円の直径Dは、図17(b)に示すように、 +0.15mm以上にしなければならない。つまり図17(b)におけるαの値を正の値(プラスの値)としなければならない。
一方、αを大きくしすぎると放電ギャップ長dが所望の値とならないという不都合が生じる。したがって、この観点からすると、αの値は限りなく零にしたい。しかしα=0の場合、上述したように、図17(d)に示す○印の領域で発生する挿入時の摩擦力が上昇することが明らかになっている。
ここで、αの値の下限値を求める。
以下、αを突起先端ギャップと呼ぶ。
今回の試作機では、スペーシング加工の突起31による内径寸法を +0.15〜 +0.20mmの範囲に入るように加工した。
具体的には、 +0.15mmと +0.20mmの円筒形の限界ゲージを用意し、金属電極18に突起31を形成する加工を行った後に、 +0.15mmの限界ゲージは通過し、 +0.20mmの限界ゲージでは摩擦力を持って通過するか、若しくは、 +0.20mmの限界ゲージが通過しないようにした。
図18は、放電ギャップとオゾン収率の関係を示す図である。
放電ギャップの変動を±0.10mmとした場合、放電ギャップを0.40mmに設定すると高いオゾン収率を確保できることが分かった。
そこで、突起31の高さは、0.40mmから突起先端ギャップαを差引いた値となる。
図8に示した有限要素法モデルを用いて、突起31の高さを変えて(点−面接触要素31Eのギャップを変えて)、突起31で発生する反力(点−面接触要素31Eの反力)を計算した。
図8(c)に示したように、実際の放電ギャップ長dが0.40mmのときの点−面接触要素31Eのギャップは1.95mmである。
図19は、放電ギャップ長dを変更したときの突起31で発生する反力の合計値(N)を示す図である。
図20は、突起の高さと、誘電体電極に接触している突起の数(接触点数)と、の関係の説明図である。
突起31の高さ0.39mmの場合、反力合計は88.0N、接触点数は3である。
図21は、突起の高さ=0.39mmの場合における突起の接触状態の説明図である。
図21に示すように3箇所で金属電極18(に形成された突起31)と誘電体電極17とが接触して(押しあって)いる。
この結果、誘電体電極17を金属電極18内に挿入するに際して、突起31と誘電体電極17との接触部で摩擦力が発生し、その大きさは反力の合計値に摩擦係数を乗じた値となる。
一方、誘電体電極17の金属電極18内への挿入を容易にするためには、反力の合計値を小さくしなければならない。突起31と誘電体電極17との接触部における放電ギャップ長dは突起高さと等しくなる。つまり本例の場合、0.39mmとなる。また、接触していない部分の放電ギャップ長dは突起31の高さ(=0.39mm)より大きい。
ここで、再び図19及び図20を参照する。
図19において、反力の合計値は、突起31の高さ=0.39mmまでは緩やかに上昇しているが、突起31の高さ=0.39mmを超えると急激に上昇する。また、図20によれば、接触点数も突起高さ0.39mmを超えると急激に増加する。例えば、突起31の高さ=0.41mmでは接触点数=12である。つまりすべての突起31が接触している。
図22は、突起の高さ=0.41mmの場合の接触状態の説明図である。
図23は、突起の高さ=0.41mmの場合の接触状態のシミュレーション結果及び実際の状態の説明図である。
図23(a)は、突起の高さ=0.41mmの場合の接触状態のシミュレーション結果の説明図である。また図23(b)は、突起の高さ=0.41mmの場合の接触状態の実際の状態の説明図である。
誘電体電極17と金属電極18との間のギャップは、0.40mmであるため、突起31の高さを0.41mmとした場合のシミュレーション結果では、図23(a)に示すように、全ての点−面接触要素31Eが接触する。つまり全ての突起31が干渉することが分かる。
この結果、突起31周辺の金属電極18(金属電極18に相当するシェル要素18S)は外側に変形し、接触点の誘電体電極17(誘電体電極17に相当するシェル要素17S)は内側に変形する。
実際には、図23(b)に示すように、全ての突起31が誘電体電極17に接触する。つまり全ての突起31が干渉することが分かる。この結果、突起31の周辺が外側に変形し、接触点の誘電体電極17は内側に変形する。
上述したように、局所的な変形に力が費やされるため反力は増大し、反力は突起高さ0.39mmの場合と比較して、約7倍となる。
ところで、突起31の高さ=0.40mmは、上述した突起31の高さ=0.39mmと突起31の高さ=0.41mmと、の中間の状態となる。
また突起31の高さ=0.40mmでは、金属電極18に0.50mmの曲がりがあるとした場合には、接触点数は9点となり、反力の合計値は、169.0Nとなる。これに対し、金属電極18に曲がりがないとした場合は、突起31の高さ=0.40mmとなると、全ての突起31が誘電体電極17に接触することとなるが、管の変形がないため反力はゼロとなる。
以上の検討から、金属電極18あるいは誘電体電極17に曲がりがあるときは、突起31の高さを放電ギャップ長dより若干小さくする必要がある。
つまり図17に示した、αを設定することが必要となる。
ここで、αの最適値を求める。
例えば、突起31の高さが0.10mm低くなり、0.30mmとなると、突起31が誘電体電極17と接触したときの放電ギャップ長dは0.30mmとなり、接触している突起31の反対側においては、放電ギャップ長は0.50(=0.30+0.10×2)となる。
したがって、限界値ではあるいが、放電ギャップ長dの変動を±0.1mmに抑えることができる。一方、突起高さを0.39mmより大きくすると、つまりαを0.01mmより小さくすると、接触点数が3を超える。よってαは0.01〜0.10mmが適切であるということがわかる。
すなわち、放電ギャップ長dの設計値が0.40mmのときにおける、突起31の高さの最適値は0.30〜0.39mmとなる。
図10に示したように、突起群は、金属電極18の長手方向に3か所設けられている。
以下、突起群あたりの突起数の最適値を求める。
図24は、突起群を構成する突起数の一例の説明図である。
突起群を構成する突起数としては、理論上、突起数=3〜無限大まで選択の範囲がある。
図24(a)は、突起31の数=3の場合であり、図24(b)は、突起31の数=4の場合であり、図24(c)は、突起31の数=5の場合であり、図24(d)は、突起31の数=6の場合である。
以下同様にして、均等あるいはほぼ均等に突起31を配置すれば、物理的な限度の範囲で、突起31を形成することが可能である。
ここでは、実際の製造コストなども考慮して、突起31の数=3〜10までを評価した。
具体的には、図8に示した有限要素法モデルで、点−面接触要素31Eで発生する反力を評価した。反力が最小となれば、挿入時の摩擦力も最小となる。点−面接触要素31Eのギャップは1.95mmとした。これは、実際の突起31の高さとして、0.40mmに相当する。
突起31の高さ=0.40mmという値は、誘電体電極17と、金属電極18とが、それぞれ直管である場合の誘電体電極17と、金属電極18との間隔と等しい値である。
しかし、本考察では、上述した場合と同様に、金属電極18の有限要素法モデルは0.50mm放物線状に曲がっているものとする。
図25は、突起の数=3の場合の反発力計算条件の説明図である。
突起31の数=3の場合は、同一円周上に均等に配置した3個の突起31に相当する3個の点−面接触要素31Eのうち、いずれか一つの位置(θ=0°)を基準として、θ=15°、30°、45°、60°の場合について反発力の計算を行った。
突起31の数=4以上の場合には、突起31の数=n(nは、4以上の整数)として、φ、θ 〜θ を求めてθ 〜θ の4条件で反発力を計算を行った。
φ=360°/n
θ=0°
θ=(1/3)×(φ/2)
θ=(2/3)×(φ/2)
θ=(3/3)×(φ/2)
例えば、n=4の場合には、φ,θ,θ,θ,θは次式となる。
φ=360°/4=90°
θ=0°
θ=(1/3)×(φ/2)=(1/3)×(90°/2)=15°
θ=(2/3)×(φ/2)=(2/3)×(90°/2)=30°
θ=(3/3)×(φ/2)=(3/3)×(90°/2)=45°
図26は、突起数と反力合計の平均値の説明図である。
図26に示すように、突起31の数=4の場合の、反力が最小であることがわかる。
したがって、1箇所の突起群あたりの突起31の数の最適値は4である。
この結果、突起群は長手方向に3箇所設けているので、全突起数は12となる。なお、1箇所の突起群あたりの突起31の数=5であっても1箇所の突起群あたりの突起31の数=5の場合も1箇所の突起群あたりの突起31の数=4の場合には及ばないものの、用いることが可能である。
ここで、突起31の数=3の場合の反力が大きい理由を考察する。
図27は、突起数=3の場合の反力のつり合いを説明する図である。
誘電体電極17及び金属電極18を曲げる力はf1だけでよい。しかし3点支持の場合、くさび効果により、不必要に大きな反力f2が発生する。これが突起31の数=3の場合の反力が大きい理由であると考えられる。
次に、突起31の数=5以上の場合の反力が大きい理由を考察する。
突起31の数=5以上では、突起数の増加とともに接触点数が増えるためと考えられる。つまり、誘電体電極を過剰拘束している。
ところで、反力の観点では突起数は4個以上でかつ少ないほうがよいが、もう一つ検討しなければならないことがある。誘電体電極17と金属電極18との同軸度である。
放電ギャップ長dの設計値が0.40mmのときにおける、突起31の高さの最適値は0.30〜0.39mmとなるということは、前述した通りである。
図28は、誘電体電極と金属電極との同軸度について検討するための図である。
図28において、誘電体電極17の外径=dgとし、金属電極18の内径=dsとし、誘電体電極17の中心軸と、金属電極18の中心軸と、のずれ(偏心量)=pyとし、突起31の高さ=pLとし、誘電体電極17と、金属電極18と、の最大ギャップ=gmaxとし、誘電体電極17と、金属電極18と、の最小ギャップ=gminとしている。
突起31の高さが下限の0.30mmの場合を考察する。
突起31の高さが下限の0.30mmの場合、突起31の高さが低いため、図28に示すように、上側2つの突起は誘電体電極と接触しない。また、最小ギャップgminが突起高さpLより小さくなる問題が発生する。
図29は、突起の数と、最小ギャップが突起高さより小さくなる度合いと、の関係を説明する図である。
図29においては、最小ギャップgminが突起高さpLより小さくなる度合いを(gmin/pL)としている。
計算条件は、金属電極内径44.8mm、誘電体電極外径44.0mm、突起高さ0.3mmである。
図29に示すように、度合いgmin/pLは、1以下となるため、最小ギャップは0.3より小さくなる。
例えば、突起の数が6点の場合、gmin/pL≒0.95となり、最小ギャップgminは、以下の通りとなる。
gmin=0.3×0.95
=0.285mm
よって、ギャップdを0.3mm以上とするには、突起31の高さを0.315mmとしなければならない。このように、突起の数(突起点数)により突起31の高さの微調整が必要となる。
微調整量(微調整の大きさ)は、図29に示すように突起数に依存する。ここで、突起数6以上では、gmin/pLにあまり変化がないことがわかる。
以上の考察から、突起数について以下のことが言える。
(1)誘電体電極ないしは金属電極が曲がっているとき、その反力は、突起数4のときが最小で、突起数の増加と共に反力が増える。
(2)突起数3のときは特別であり、反力が大きい。
(3)最小ギャップgminが突起高さpLより小さくなる度合いgmin/pLは、突起数が3のとき0.65となり、上述した突起31の高さの微調整量が大きくなる。突起31の高さの微調整量は突起数が多いほど少なくてすむ。
(4)突起の数=6以上では、突起31の高さの微調整量はあまり変化しない。
以上のことから、突起数3を除外することは明白である。
突起数4以上では、突起数の増加とともに反力が増加するので、突起数は少ないほうがよい。一方、gmin/pLの観点では、突起数は少ないほうがよい。そして、突起数6以上でgmin/pLの変化はない。よって、適する突起数は4、5、6である。
ところで、管を曲げるには、図21に示したように、接触点数が3あれば十分である。
したがって、接触点数の増加は、誘電体電極17と金属電極18を過剰に拘束する条件となり、反力の合計値が増えることになる。
したがって、一つの突起を構成する突起数は、以上の説明に基づけば、4個あるいは5個となる。
図30は、より具体的な突起の形状の説明図である。
図30(a)は、金属電極18の突起群の形成部近傍の一部破断斜視図である。また、図30(b)は、図30(a)におけるA方向矢視拡大断面図である。
突起31は、図30(a)に示すように、金属電極18の外周面に4箇所設けられている。各突起31は、図30(b)に示すようにドーム形状をしており、外周面側の凹部31Oは、例えば、曲率半径4mmの球面状をなしている。また内周面側の凸部31Iは、例えば、曲率半径5.6mmの球面状をなしている。
上記構成によれば、突起31は、金属電極18の内面18Iにおいて、なめらかに内径を小さくするように形成されているので、誘電体電極17の金属電極18内への挿入時に摩擦抵抗が急激に増加することもなく、スムーズに挿入できるようになっている。
図31は、実施形態の変形例の説明図である。
図1に示したように、本実施形態においては、誘電体電極17は、図1中、左右の両方向から金属電極18内に同軸に挿入されていた。
上記構成において、原料ガスは、ガス入口23からガス出口24に向かって一方向に原料ガス及び生成したオゾンガスが流れるため、圧力変化などに伴って誘電体電極17が金属電極18内で長手方向に移動してしまい、向かい合った誘電体電極17同士が当接してしまう虞があった。
そこで、本実施形態の変形例においては、そのような誘電体電極17の動きを抑制するために、図31に示すように、誘電体電極17の先端部17Tに当接するように移動抑制用突起31Sを複数設けている。
上記構成によれば、何らかの理由により、誘電体電極17が先端部17T側に移動したとしても、移動抑制用突起31Sに当接して、誘電体電極17の移動を抑制し、誘電体電極17同士が当接してしまうことを抑制できる。
以上説明した実施形態をまとめると以下の通りとなる。
突起群を設ける位置については、誘電体電極17あるいは金属電極18が曲がっていると仮定した場合に、放電ギャップ長dの設計値からの逸脱量が最小となる条件で3箇所の突起群の長手方向の位置を算出すると、誘電体電極17あるいは金属電極18の曲がりが、放射線状であるとした場合には、L/L=0.042が最適値となった。
また、曲がり方がサインカーブ状の場合、L/L=0、つまり突起位置は放電空間の端が最適である。実際の製品設計値としては、L/L=0.0〜0.1の範囲であれば十分に実用に耐える。
また、突起31の先端と、誘電体電極17との間の間隔は、誘電体電極17あるいは金属電極18が曲がっていると仮定した場合に、誘電体電極17を金属電極18内に挿入した場合に摩擦力が最小となる条件で決定した。この結果、突起31の先端と、誘電体電極17との間の間隔は、0.01mm以上必要であることがわかった。
この場合において、突起31の高さが、0.4mmから0.10mm小さくなると、突起31が誘電体電極17と接触したときの放電ギャップは0.30mmとなり、その反対側は0.50mmとなり、放電ギャップ長dの変動を±0.1mmに抑えることができる。
以上のことから、突起31の先端と、誘電体電極17との間の間隔は、0.01〜0.10mmが好ましい。
さらに、一つの突起群の突起31の数は、誘電体電極17あるいは金属電極18が曲がっていると仮定した場合に、誘電体電極17を金属電極18内に挿入した時に摩擦力が最小となる条件で決定した。
この結果、一つの突起群の突起数は4が最適であることがわかった。
以上の説明のように本実施形態によれば、放電ギャップ長を0.6mm未満とした場合でも、長手方向に少なくとも3箇所以上支持し、放電ギャップ長を長手方向に一定に維持してより高いオゾン収率を達成することができる。
より詳細には、放電ギャップ長を0.3mm〜0.5mmの範囲内、特に放電ギャップ長を0.4mm近傍とした場合に高い生成後のオゾンの分解を抑制してオゾン収率の向上が図れる。
以上の説明においては、一つの突起群を構成する突起31は、同一円周上に設けていたが、必ずしも同一円周上に設ける必要はなく、円環状、かつ、所定の幅を有する帯状の領域内に設けるようにすることも可能である。ここで、帯状の領域は、例えば、金属電極が曲がっている状態でも、突起が設けられている部分においては、実効的に金属電極が理想的な直管と見なせるような範囲として設けるようにすればよい。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10 オゾン発生装置
11 オゾン発生装置本体
12 収納容器
13 高圧碍子
14 高圧電源
15 接続板
16 ヒューズ
17 誘電体電極
17S シェル要素
17T 先端部
18 金属電極
18A 金属電極集合体
18I 内面
18S シェル要素
19 冷却水流路
21 冷却水入口
22 冷却水出口
23 ガス入口
24 ガス出口
25 円筒状誘電体
26 電極皮膜層
27 高圧給電端子
31 突起
31E 点−面接触要素
31I 凸部
31O 凹部
31S 移動抑制用突起
41 金型
CI 内接円
CP 長手方向中央部
D 直径
G 間隔
L 全長
LG 下側ギャップ
UG 上側ギャップ
d 放電ギャップ長

Claims (6)

  1. 円筒状の高圧電極に対し、同軸に円筒状の低圧電極を配置し、前記高圧電極と前記低圧電極との間に誘電体を介して所定の高電圧を印加して放電させ、前記放電によりオゾンを発生させるオゾン発生装置において、
    放電ギャップ長dが0.3mm〜0.5mmとされ、
    前記低圧電極あるいは前記高圧電極のいずれか一方が金属電極として形成され、いずれか他方が誘電体電極として形成され、
    前記金属電極は、サインカーブ状に曲がった形状を有しており、
    前記誘電体電極に対向する前記金属電極の内周面に、当該金属電極を前記誘電体電極に対し、前記放電ギャップ長を保持しつつ同軸に保持するためのドーム形状を有する複数の突起が前記金属電極の周方向に沿って配置された突起群を設け、
    前記突起群は、少なくとも、放電空間の長手方向の中央部及びそれぞれ前記放電空間の両端から次式を満たす所定距離Lの位置の3箇所に設けられた、
    オゾン発生装置。
    0.0≦L/L≦0.1
    ここで、Lは、放電空間長さである。
  2. 前記所定距離Lは、予め設定した基準放電ギャップ長に対する前記放電空間における放電ギャップ長の逸脱量が最小となる前記突起群の位置に基づいて定められている、
    請求項1記載のオゾン発生装置。
  3. 前記突起群が備える前記突起の数は、前記突起による反力合計値及び前記突起の高さの微調整量に基づいて4個または5個または6個とされている、
    請求項1又は請求項2記載のオゾン発生装置。
  4. 前記突起群を構成する前記突起は、同一円周上あるいは所定の幅を有する円環状の領域内に配置されている、
    請求項3記載のオゾン発生装置。
  5. 前記放電ギャップ長dに対し、前記突起の前記内周面からの高さを(d−α)とした場合に、
    0.01≦α≦0.10mm
    とした、
    請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のオゾン発生装置。
  6. 前記誘電体電極は、前記金属電極内に挿入されており、
    前記金属電極は、前記突起の高さよりも高さが高く、挿入された前記誘電体電極の先端に当接して挿入方向への前記誘電体電極の移動を規制するドーム形状を有する移動抑制用突起が複数形成されている、
    請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のオゾン発生装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5624659B1 (ja) 2013-08-27 2014-11-12 株式会社東芝 引き抜き装置
JP6407702B2 (ja) * 2014-12-19 2018-10-17 株式会社東芝 オゾン発生装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08320212A (ja) 1995-05-25 1996-12-03 Toshiba Fa Syst Eng Kk オゾナイザの放電ギャップ調整方法
JP3828970B2 (ja) 1996-12-19 2006-10-04 東芝Itコントロールシステム株式会社 オゾン発生器
CN2344386Y (zh) * 1998-11-17 1999-10-20 包振华 管状臭氧发生器
JP2001151503A (ja) 1999-11-19 2001-06-05 Toshiba Fa Syst Eng Corp オゾン発生器用スペーサ
JP3641608B2 (ja) * 2001-11-22 2005-04-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 オゾン発生器
CN2603802Y (zh) * 2003-02-17 2004-02-18 谢森林 低温同轴等离子生产臭氧装置
JP4426935B2 (ja) 2004-09-10 2010-03-03 メタウォーター株式会社 無声放電形オゾン発生器
JPWO2007108142A1 (ja) 2006-03-17 2009-08-06 三菱電機株式会社 オゾン発生装置
JP5185592B2 (ja) * 2007-10-18 2013-04-17 メタウォーター株式会社 オゾン発生装置
CN201209121Y (zh) * 2007-10-18 2009-03-18 多元水环保技术产业(中国)有限公司 高效臭氧发生筒
JP5417019B2 (ja) 2009-04-13 2014-02-12 メタウォーター株式会社 オゾン発生電極
JP5048714B2 (ja) * 2009-05-19 2012-10-17 三菱電機株式会社 オゾン発生装置
WO2010137153A1 (ja) * 2009-05-28 2010-12-02 多田電機株式会社 オゾン発生装置
CA2764215C (en) * 2010-12-21 2014-03-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Ozone generating apparatus
JP5677344B2 (ja) 2012-03-16 2015-02-25 株式会社東芝 オゾン発生装置

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