JP6606594B2 - 直接冷却プラズマを用いたオゾン発生 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提文の特徴を有するオゾン発生器、及び請求項９の前提文の特徴を有する布に関する。

オゾン発生器の効率は、放電間隙における温度に大きく依存する。一方、これは、オゾン形成反応が低温でより効率的に進むことに起因し、他方、オゾン破壊機構の動力学が温度とともに指数関数的に増加することに起因する。従って、間隙の効果的な冷却は、効率的なオゾン発生のために不可欠である。一つ又は二つの側で冷却されるオゾン発生器は、従来技術から知られている。熱の伝達に関するそれらの限定要因は、放電間隙内の熱伝導性である。電極材料、例えばステンレス鋼は、放電間隙を通って流れるガスと比較して２倍から３倍良好に熱を伝導する。

オゾン発生器は、ＵＳ特許４２３２２２９から知られ、それは、高電圧電極と対電極の間の放電間隙における孔付きの金属構造（それは、例えば金網又は孔付き金属板であることができる）を持つ。金属は、良好な熱伝導性を有し、その結果としてガスから冷却された境界面への放電間隙内の熱の伝達、従ってオゾン発生器の効率もまた、改良されることができる。金属構造と高電圧電極の間に無音放電が形成される。熱を除くように伝導するために使用される金属の構造は、有効な間隙幅を規定する。

オゾン発生器は、ＷＯ８９１１９０８Ａ１から知られ、それは、織られたステンレス鋼ワイヤーから形成されかつ誘電体と接触する電極を有する。織物が細かいほど、無音放電のために利用可能な放電点が多くなり、それは、その効率を高める。しかしながら、織物はあまり細かくしてはいけない。なぜならこれは、対応した多量の熱を発生する大きな放電面をもたらし、それは、次いでオゾンの発生に関して不利であるからである。

本発明の目的は、放電間隙内の熱の良好な伝達を示すオゾン発生器を提供することである。また、本発明の目的は、オゾン発生器の室に使用するための布を提供し、それを通って熱を効率的に伝導するガスを流すことである。

用語「布（ｆａｂｒｉｃ）」は、繊維技術（織布又は不織布）の分野から知られている。繊維布は、繊維技術を使用して繊維原材料から製造されるいかなる二次元構造も示すことができる。従って、本特許出願の明細書では、布は、繊維技術を使用して製造されるいかなる平坦の、湾曲した、又は凸状の二次元構造も意味すると理解される。これらは、特に繊維製品のような不織布、編織布、編布及びネット、並びに不織布及び綿−羊毛タイプ材料のような繊維複合物を含む。

上記の課題は、請求項１の特徴を有するオゾン発生器、及び請求項９の特徴を有する布によって解決される。

本発明によれば、高電圧電極と、間隙を規定する少なくとも一つの対電極とを有するオゾン発生器であって、間隙には少なくとも一つの誘電体が配置され、間隙を通ってガス流が流れ方向に流れ、高電圧電極及び少なくとも一つの対電極が無音放電を生成するために電力供給源のための接続を与えられ、ガス流中に布が配置され、前記布が、少なくとも一つのワイヤー及び少なくとも一つの電気的に非伝導性の繊維からなる材料組み合わせを含むオゾン発生器が提供される。

ワイヤーと電気的に非伝導性の繊維の材料組み合わせによって、熱は、多数の放電点の存在にかかわらず、放電間隙の外に効率的に伝導される。

好ましくは、少なくとも一つの電気的に非伝導性の繊維は、少なくとも一つのワイヤーの幅の少なくとも５倍の幅を有するバンドを形成する。電気的に非伝導性の繊維はまた、糸の形でバンド中で使用されることができる。

好ましい実施形態では、布は、織布又は編布であり、編布は、管型のオゾン発生器において好ましい。なぜなら中空の円形のコードは、編成によって特に簡単に製造されることができるからである。

好ましくは、少なくとも一つの非伝導性の繊維は、少なくとも一つの誘電体と平面接触される。誘電体との接触により、熱は放電間隙から非伝導性繊維を介して離れるように伝導されることができる。

もし単位面積あたりの繊維質量に対する単位面積あたりのワイヤー質量の比が流れ方向に減少するなら有利である。これは、放電間隙中への熱導入が流れの方向に減少し、熱の伝達が流れの方向に増加し、従って流れ方向における温度の増加を相殺することができる。

好ましくは、布は、単一片で形成され、それは、間隙中への導入を特に簡単にする。

少なくとも一つの電気的に非伝導性の繊維は、セラミック及び／又はガラスから作られることが好ましい。

好ましい実施形態では、高電圧電極は、少なくとも部分的に布から形成される。これは、高電圧電極全体が布から形成される可能性を含む。

布はまた、少なくとも一つのワイヤーと少なくとも一つの電気的に非伝導性の繊維からなる材料組み合わせを含むオゾン発生器のガス流に使用するために与えられる。

繊維は、少なくとも一つのワイヤーの幅の少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍の幅を有するバンドを有利に形成する。

既に記載されたように、有利な実施形態では、単位面積あたりの繊維質量に対する単位面積あたりのワイヤー質量の比は、流れ方向に減少する。

もし布が織布又は編布であるなら有利である。

一つの実施形態では、布は、少なくとも一つの電気的に非伝導性の繊維が配置される少なくとも一つの分離した領域、及び布がワイヤーだけを含みかつ電気的に非伝導性の繊維を含まない少なくとも一つのさらなる分離した領域を有する。従って、電気的に非伝導性の繊維を全く含まない領域が存在しうる。

好ましくは、布は、単一片から形成され、それは、間隙中への導入を簡単にし、製造を経済的にする。

従来技術及び本発明の好ましい実施形態は、添付図面を参照して以下においてより詳細に説明される。

図１は、従来技術の一つの側又は二つの側の水冷却を有するオゾン発生器の概略図を示す。

図２は、ワイヤー及び電気的に非伝導性の繊維から形成された布の三次元図を示す。

図１は、オゾン発生器１の電極配置を示す。かかるオゾン発生器１は、適用分野によって、プレート型オゾン発生器又は管型オゾン発生器として設計されることができる。

管型オゾン発生器は、オゾン発生器ユニットにおいて一緒にまとめて従来から使用されている。オゾン発生器は、管束熱交換器のように二つの管板間で互いに平行に配置される。管型オゾン発生器は、管状に形成された高電圧電極２、管状に形成された誘電体３、及び管状に形成された対電極４を有する。配置は、回転対称である。高電圧電極２及び対電極４は、互いに同心円に整列されている。それらは、間隙５を規定し、間隙５を通って酸素含有ガスが流れ、間隙５中に誘電体３が配置される。外側に配置された対電極４は、ステンレス鋼管として設計される。オゾン生成時に発生された廃熱は、対電極４の外側に沿って移動する冷却水によって冷却される。オゾン発生器１はまた、二つの側で冷却されることができ、そこでは冷却水は、高電圧電極２の内側を通って流れる。

プレート型オゾン発生器は、高電圧電極２’及び少なくとも一つの対電極４’を有し、それらは、プレート形状で設計されている。電極２’，４’は、間隙５’を規定し、間隙５’を通って酸素含有ガス６’が流れ、間隙５’中に誘電体３’が配置される。従来から、プレート型オゾン発生器は、電極２’，４’の外側に沿って移動する空気によって一つ又は二つの側で冷却される。

本発明によれば、布７は、オゾン発生器１（プレート型又は管型オゾン発生器）のガス流６中に導入され、前記布は、ワイヤー８と電気的に非伝導性の材料９からなる。ワイヤー８は、無音放電のための放電点を規定し、電気的に非伝導性の材料９は、放電及び隣接面への直接熱結合を確立する。この目的のため、ワイヤー８及び非伝導性の材料９は、多数の点で接触している。ワイヤー８とは対照的に、非伝導性の材料９は、二次元形態であり、従って非伝導性の材料９は、電極２，２’及び誘電体３，３’と平面接触する。接触表面積は、できるだけ広い範囲であるべきである。電気的に非伝導性の材料９の領域では放電は起こらない。ワイヤー８と非伝導性の材料９の結合は、放電によって発生した熱を効率的に逃がすように伝導する。電気的に非伝導性の材料９は、耐オゾン性でかつ耐腐食性である。好ましくは、電気的に非伝導性の材料９は、セラミック繊維又はガラス繊維である。

一つの実施形態では、布７は、電極２，２’，４，４’、好ましくは高電圧電極２，２’の一つを形成する。もし電気的に非伝導性の材料９が布７内に配置され、材料９が少なくとも部分的に隣接誘導体３，３’と平面接触するなら、有利である。

図２は、布６から作られた管状に形成された電極を示す。ワイヤー８及び電気的に非伝導性の材料９は、管状に形成された電極を形成するために一緒に編まれる。電気的に非伝導性の材料９から形成されたバンドは、ワイヤー８の幅の約７倍の幅を有する。ワイヤー幅は、ワイヤー８の直径として規定され、繊維からなる電気的に非伝導性の材料９のバンド幅は、繊維の長さに垂直なバンドの範囲として規定される。従って、バンドの幅は、ワイヤー幅より有意に大きい。点形成された接触部を作るワイヤー８とは対照的に、バンドは、平面接触する。バンド幅は、例えば隣接誘導体３，３’と繊維９の接触表面積ができるだけ大きくなるように選択され、それは、放電間隙５，５’から外への熱の効率的な伝導に導く。有利な実施形態では、単位面積あたりの電気的に非伝導性の材料９の質量は、流れの方向に増加する。単位面積あたりの放電点は、電気的に非伝導性の材料９の質量の増加とともに減少し、その結果として単位面積あたりに起こる放電が少なくなり、従って放電間隙５，５’中に導入される熱の形のエネルギーが少なくなる。このようにして、オゾン発生器１に生成された流れの方向に沿った温度勾配は、相殺されることができ、従って温度はまた、流れの方向ではオゾン発生器１の端でできるだけ低く保持される。単位面積あたりの電気的に非伝導性の材料９の質量は、変化されることができ、例えばバンド幅、バンド９の数、又はバンドもしくは繊維９の間の間隔が増加又は減少される。

また、布７は、一つの材料だけ、例えばワイヤー８又は電気的に非伝導性の材料９から形成される放電間隙５，５’の区域に導入されることが可能である。例えば、中間冷却の形は、電気的に非伝導性の材料９の区域中の導入によって実施されることができる。オゾン発生器の端領域において電気的に非伝導性の材料９だけを使用することも可能である。なぜなら放電間隙５，５’における温度は特に高く、効率的な冷却が望ましいからである。

好ましくは、ワイヤーは、ステンレス鋼から作られる。

記載された実施形態の全ては、図２に示されたような管型オゾン発生器、及びプレート型オゾン発生器の両方に使用される。それらは、単一間隙及び複数間隙システムの両方に使用されることができる。

布は、電極の一つを形成することができ、電極の一部であることができ、例えば布は、電極上に置かれ、ともに電力供給源に一緒に接続されるか、又はそれはまた、電極間に配置されることができる。

本発明によるオゾン発生器は、布とともに、放電間隙内の熱の伝達が増加されるという点でオゾン発生器の効率を改良する。放電の分布は、電気的に非伝導性の材料の使用によって制御された方法で影響されることができる。さらに、電気的に非伝導性の材料は、電極及び／又は誘電体の隣接表面との最も大きな可能な接触表面積を持つことができ、それは、熱の伝達をより効率的にする。

Claims (15)

1. 高電圧電極（２，２’）と、間隙（５，５’）を規定する少なくとも一つの対電極（４，４’）とを有するオゾン発生器（１）であって、間隙（５，５’）には少なくとも一つの誘電体（３，３’）が配置され、間隙（５，５’）を通ってガス流（６，６’）が流れ方向に流れ、高電圧電極（２，２’）及び少なくとも一つの対電極（４，４’）が無音放電を生成するために電力供給源のための接続を与えられているものにおいて、ガス流（６，６’）中に布（７）が配置され、前記布（７）が、少なくとも一つのワイヤー（８）及び少なくとも一つの電気的に非伝導性の繊維（９）からなる材料組み合わせを含むことを特徴とするオゾン発生器（１）。
2. 少なくとも一つの電気的に非伝導性の繊維（９）が、少なくとも一つのワイヤー（８）の幅の少なくとも５倍の幅を有するバンドを形成することを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生器（１）。
3. 布（９）が織布又は編布であることを特徴とする請求項１又は２に記載のオゾン発生器（１）。
4. 少なくとも一つの電気的に非伝導性の繊維（９）が、少なくとも一つの誘電体（３，３’）と平面接触していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のオゾン発生器（１）。
5. 単位面積あたりの繊維質量に対する単位面積あたりのワイヤー質量の比が流れ方向に減少することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のオゾン発生器（１）。
6. 布（７）が単一片で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のオゾン発生器（１）。
7. 少なくとも一つの電気的に非伝導性の繊維（９）が、セラミック及び／又はガラスから作られていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のオゾン発生器（１）。
8. 高電圧電極（２，２’）が、少なくとも部分的に布（７）から形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のオゾン発生器（１）。
9. オゾン発生器（１）のガス流における布（７）の使用であって、前記ガス流が流れの方向を有し、布（７）が、少なくとも一つのワイヤー（８）及び少なくとも一つの電気的に非伝導性の繊維（９）からなる材料組み合わせを含むことを特徴とする使用。
10. 少なくとも一つの電気的に非伝導性の繊維（９）が、少なくとも一つのワイヤー（８）の幅の少なくとも５倍の幅を有するバンドを形成することを特徴とする請求項９に記載の使用。
11. バンド（９）が、少なくとも一つのワイヤー（８）の幅の少なくとも１０倍の幅を有することを特徴とする請求項１０に記載の使用。
12. 単位面積あたりの繊維質量に対する単位面積あたりのワイヤー質量の比が流れ方向に減少することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の使用。
13. 布（７）が織布又は編布であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の使用。
14. 布（７）が、少なくとも一つの電気的に非伝導性の繊維（９）が配置される少なくとも一つの分離した領域を有すること、及び少なくともさらなる分離した領域が与えられ、その領域において布（７）が電気的に非伝導性の繊維を全く含まないことを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の使用。
15. 布（７）が単一片で形成されていることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の使用。