JP6608571B1 - Ozone generator and ozone generator set - Google Patents
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- C01B13/10—Preparation of ozone
- C01B13/11—Preparation of ozone by electric discharge
Abstract
オゾン生成量を増やすために放電ユニットの数を増やしても、オゾン発生装置の大型化を抑制することを目的とする。放電によってオゾンを発生させる円柱状の複数の放電ユニット(2)と、放電ユニットの軸方向と直交する方向に複数の放電ユニットが並べて挿入される挿入孔を有する放熱器(3)と、放熱器を冷却する冷媒を送出する冷却器とを備えたオゾン発生装置(1)であり、冷却器が冷媒を送出する方向は、複数の放電ユニットが並べられた方向と平行な方向である。Even if the number of discharge units is increased in order to increase the amount of ozone generated, the object is to suppress the increase in the size of the ozone generator. A plurality of cylindrical discharge units (2) that generate ozone by discharge, a radiator (3) having an insertion hole into which a plurality of discharge units are inserted in a direction orthogonal to the axial direction of the discharge unit, and a radiator The ozone generator (1) includes a cooler that sends out a refrigerant that cools the refrigerant, and the direction in which the cooler sends out the refrigerant is parallel to the direction in which the plurality of discharge units are arranged.
Description
本願は、オゾン発生装置およびオゾン発生装置セットに関する。 The present application relates to an ozone generator and an ozone generator set.
オゾン(O3)は強い酸化力を有している。オゾンは、その強い酸化力が利用されて、上下水処理分野での水浄化、殺菌、滅菌および脱臭、並びに半導体製造分野での表面洗浄などの多岐に渡る分野で利用されている。近年の環境意識の高まり、電子機器の需要増加などに伴い、高効率かつコンパクトなオゾン発生装置の需要が高まっている。Ozone (O 3 ) has a strong oxidizing power. Ozone is used in various fields such as water purification, sterilization, sterilization and deodorization in the water and sewage treatment field, and surface cleaning in the semiconductor manufacturing field because of its strong oxidizing power. With the recent increase in environmental awareness and increasing demand for electronic devices, the demand for highly efficient and compact ozone generators is increasing.
オゾンを工業的に発生させる方法としては、酸素(O2)または酸素を含む原料ガスを放電空隙に流し、放電空隙に電界を印加して無声放電を発生させ、この放電エネルギーでオゾンを生成する方法が一般的である。現在のオゾン発生装置では、投入電力のうちオゾン生成に寄与するエネルギーは10%程度であり、残りの90%のエネルギーは放電空隙に熱エネルギーとして放出される。この熱エネルギーが原因となり放電空隙が高温になると、生成されたオゾンが熱によって分解されてオゾンの発生効率が著しく低下してしまう。そのため、オゾン発生装置では冷却器によって放電空隙の冷却が一般的に行われる。As a method for industrially generating ozone, oxygen (O 2 ) or a raw material gas containing oxygen is caused to flow through a discharge gap, an electric field is applied to the discharge gap to generate a silent discharge, and ozone is generated with this discharge energy. The method is common. In the current ozone generator, the energy that contributes to ozone generation in the input power is about 10%, and the remaining 90% is released as thermal energy into the discharge gap. When the discharge gap becomes a high temperature due to this thermal energy, the generated ozone is decomposed by heat and the efficiency of ozone generation is significantly reduced. Therefore, in the ozone generator, the discharge gap is generally cooled by a cooler.
冷却器を備えたオゾン発生装置として、円柱状の複数の放電ユニットを一方向に並べ、この放電ユニットに接触させた空冷フィンを設置し、複数の放電ユニットが一方向に並べられた方向と直交する方向から冷却風を送風して放電ユニットを冷却するオゾン発生装置が開示されていた(例えば、特許文献1参照)。 As an ozone generator equipped with a cooler, a plurality of cylindrical discharge units are arranged in one direction, air cooling fins in contact with the discharge units are installed, and a direction orthogonal to the direction in which the plurality of discharge units are arranged in one direction An ozone generator that blows cooling air from the direction to cool the discharge unit has been disclosed (see, for example, Patent Document 1).
円柱状の放電ユニットは、安定な放電の維持および高いオゾン生成効率を得るためには、放電空隙の比表面積が大きい方が有利である。また、1つの放電ユニットで生成されるオゾン量には限界がある。そのため、オゾン生成量を増やす場合、放電ユニットを長くすると共に、並べて配置する放電ユニットの数を増やす必要がある。従来のオゾン発生装置では、複数の放電ユニットが一方向に並べられた方向と直交する方向から冷却風を送風して放電ユニットを冷却しているので、オゾン生成量を増やすために放電ユニットの数を増やすと、冷却風を送風する面積を拡大する必要がある。そのため、放電ユニットの数の増加に伴って冷却器も増やす必要があり、オゾン発生装置が大型化するという問題があった。 The cylindrical discharge unit is advantageous in that the specific surface area of the discharge gap is large in order to maintain stable discharge and obtain high ozone generation efficiency. Moreover, there is a limit to the amount of ozone generated by one discharge unit. Therefore, when increasing the amount of ozone generated, it is necessary to lengthen the discharge units and increase the number of discharge units arranged side by side. In conventional ozone generators, cooling air is blown from a direction orthogonal to the direction in which a plurality of discharge units are arranged in one direction to cool the discharge units, so the number of discharge units is increased in order to increase the amount of ozone generated. If it increases, it is necessary to expand the area which blows cooling air. Therefore, it is necessary to increase the number of coolers as the number of discharge units increases, and there is a problem that the ozone generator becomes large.
本願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、オゾン生成量を増やすために放電ユニットの数を増やした場合でも、オゾン発生装置の大型化を抑制することを目的とする。 The present application has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to suppress the increase in the size of an ozone generator even when the number of discharge units is increased in order to increase the amount of ozone generated.
本願のオゾン発生装置は、放電によってオゾンを発生させる円柱状の複数の放電ユニットと、放電ユニットの軸方向と直交する方向に複数の放電ユニットが並べられてそれぞれ挿入される複数の挿入孔を有する放熱器と、放熱器を冷却する冷媒を送出する冷却器とを備えており、冷却器が冷媒を送出する方向は、複数の放電ユニットが並べられた方向と平行な方向である。
Ozone generator of the present application includes a plurality of discharge units cylindrical for generating ozone by discharge, a plurality of insertion holes in which a plurality of discharge units in a direction perpendicular to the axial direction are inserted respectively arranged in the discharge unit A radiator and a cooler that sends out the refrigerant that cools the radiator are provided, and the direction in which the cooler sends out the refrigerant is parallel to the direction in which the plurality of discharge units are arranged.
本願のオゾン発生装置は、冷却器が冷媒を送出する方向を複数の放電ユニットが並べられた方向と平行な方向としているので、オゾン生成量を増やすために放電ユニットの数を増やした場合でも、オゾン発生装置の大型化を抑制することができる。 Since the ozone generator of the present application has a direction in which the cooler delivers the refrigerant in a direction parallel to the direction in which the plurality of discharge units are arranged, even when the number of discharge units is increased in order to increase the amount of ozone generated, An increase in the size of the ozone generator can be suppressed.
以下、本願を実施するための実施の形態に係るオゾン発生装置およびオゾン発生装置セットについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。 Hereinafter, an ozone generator and an ozone generator set according to an embodiment for carrying out the present application will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るオゾン発生装置の構成を示す断面図である。図1において、オゾン発生装置1は、円筒状の複数の放電ユニット2と、放電ユニット2が挿入される挿入孔を備えた放熱器3と、放熱器3を冷却する冷却器として送風ファン4とを備えている。放電ユニット2は、放電ユニット2の軸方向と直交する方向に並べて配置されている。送風ファン4は冷却風Wを送出する。冷却風Wが送出される方向は、放電ユニット2が並べられた方向と平行な方向である。放電ユニット2は、外側電極である接地電極10と、誘電体筒11と、内側電極である高電圧電極12とを備えている。放電ユニット2の誘電体筒11と接地電極10との間には、放電空隙Gが形成されている。ここで、円筒状の放電ユニット2の軸方向をx軸方向、放電ユニット2が並べられた方向をy軸方向、x軸方向およびy軸方向に直交する方向をz軸方向とする。送風ファン4から送出される冷却風Wは、放電ユニット2が並べられた方向と同じ方向のy軸方向に流れる。
1 is a cross-sectional view showing a configuration of an ozone generator according to
図2は、図1のA−A線方向から見た断面図である。図2に示すように、放電ユニット2は、円筒状の導電性部材である接地電極10と、その内部に接地電極10の中心軸と一致させた中心軸をもつ円筒状の誘電体筒11とが同心円状に配置されている。誘電体筒11は、スペーサ6によって接地電極10の内部に支持され、接地電極10と誘電体筒11との間に放電空隙Gが形成されている。高電圧電極12は、誘電体筒11の内面に形成された薄膜状の導電性部材である。誘電体筒11の一方の端部は、誘電体筒11の内部をガスが流通しないように閉じられている。誘電体筒11の他方の端部は、高電圧を給電するために開放されている。接地電極10と、誘電体筒11と、高電圧電極12とで放電ユニット2が構成されている。放電ユニット2の一端部には、酸素を含む原料ガスが放電ユニット2に導入されるヘッダ50が設けられている。また、放電ユニット2の他端部には、オゾンを含んだオゾン含有ガスが放電ユニット2から導出されるヘッダ51が設けられている。図2において、矢印60は原料ガスの流れの方向を、矢印61はオゾン含有ガスの流れの方向をそれぞれ表す。図2において、冷却風Wの送出方向は紙面に垂直な方向である。
FIG. 2 is a cross-sectional view seen from the direction of line AA in FIG. As shown in FIG. 2, the
オゾン発生装置1は、複数(図1では3つ)の放電ユニット2を備えている。それぞれの放電ユニット2は、送風ファン4の送風方向に等間隔で配置されている。それぞれの放電ユニット2の軸方向は送風方向に対して直交する方向である。したがって、それぞれの放電ユニット2の軸は互いに平行である。
The
原料ガスおよびオゾン含有ガスの導入部および導出部を除き、放電ユニット2は、気密に構成されている。放電ユニット2の誘電体筒11の開放された一端には給電端子41が挿入され、給電端子41は高電圧電極12と電気的に接触している。給電端子41は、ヘッダ50に設けられた導入端子42を介して高電圧電源40に接続されている。高電圧電源40の接地端子は、接地電極10と同電位となるように電気的に接続されている。高電圧電源40から給電端子41を介して高電圧電極12に交流の高電圧が印加され、この交流の高電圧によって放電空隙Gに放電が発生する。
Except for the introduction part and the lead-out part of the source gas and the ozone-containing gas, the
図3は、放熱器3の斜視図である。放熱器3は、冷却風Wが送出される方向のy軸方向に3つの放電ユニット2を並べて配置できるように、y軸方向に並んだ3つの挿入孔31を備えている。挿入孔31に挿入される放電ユニットの接地電極10と挿入孔31の内壁とは接触するように構成されている。また、放熱器3の外周部には、冷却風Wが送出される方向のy軸方向と平行な方向に延びるフィン21と、フィン21の間に形成された溝22とを有している。送風ファンから送出される冷却風Wは、溝22を通過する。つまり、送風ファン4が送出する冷却風の方向を複数の放電ユニット2が並べられた方向と平行な方向としている。
FIG. 3 is a perspective view of the
本実施の形態のオゾン発生装置において、接地電極10は導電性材料で構成されており、とくにステンレス鋼またはチタンなどの耐腐食性に優れた金属材料を用いることが望ましい。接地電極10は、その機械強度が維持できる範囲で薄くしたり、放熱器3の内面に形成した薄膜としたりすることができる。接地電極10を薄くしたり、薄膜としたりすることで、接地電極10の厚さ方向の熱伝導性が向上し、オゾン発生装置1の冷却性能を向上させることができる。また、接地電極10の放電空隙Gに露出している面を耐腐食性に優れた絶縁材料で被覆してもよい。接地電極10を耐腐食性に優れた絶縁材料で被覆することで、接地電極10に耐腐食性の劣る汎用の導電性材料を使用できるようになり、オゾン発生装置1の製造コストを低減することができる。また、接地電極10と放熱器3との間に放熱グリース、伝導性グリースなどを塗布することで、接地電極10と放熱器3との間に微小な空隙をこれらのグリースで埋めることができる。その結果、接地電極10と放熱器3との間の熱伝導性を向上させることができる。
In the ozone generator of the present embodiment, the
誘電体筒11は絶縁材料で構成されており、石英、ホウ珪酸ガラスおよびアルミナなどの耐腐食性に優れたセラミックスなどを用いることができる。
The
高電圧電極12は導電性材料で構成されており、とくに誘電体筒11の内面に湿式のコーティング、メッキ、溶射、真空蒸着、スパッタリングなどの方法で形成された導電性薄膜であることが望ましい。これらの方法で高電圧電極12を形成することで、誘電体筒11と高電圧電極12との密着性を向上させることができ、誘電体筒11と高電圧電極12との間で発生する異常放電を抑制できる。また、高電圧電極12を薄膜で形成することで、高電圧電極12の重量を削減することができ、誘電体筒11およびスペーサ6に求められる機械強度を緩和させることができる。
The
給電端子41は導電性材料で構成されており、とくにステンレス鋼またはチタンなどの耐腐食性に優れた金属材料を用いることが望ましい。給電端子41は、圧着端子、半田付け、機械的に接触させるなどの方法で高電圧電極12に電気的に接続されている。とくに、給電端子41の先端をブラシ形状とすることで、給電端子41を誘電体筒11に挿入した際に高電圧電極12と給電端子41のブラシの先端とが複数の点で接触し、より確実に電気的な接続が確保できるため好ましい。
The
スペーサ6は耐腐食性に優れた導電性材料または絶縁材料などで構成されている。このスペーサ6は、放電ユニット2の周方向に放電空隙Gの幅がおおよそ一定となるように、接地電極10の内側で誘電体筒11を保持するように設けられている。スペーサ6をテープ形状の部品または放電ユニット2の軸に直交する方向に弾性を有するバネ形状の部品とし、誘電体筒11の周方向に均等に配置することで、放電空隙Gのギャップのばらつきを抑制することができる。
The
放電空隙Gのギャップは、0.1mmから10mmの範囲であることが望ましい。放電空隙Gのギャップが0.1mm以上であれば、放電ユニット2の周方向に放電空隙Gのギャップを均一に保つことが容易になる。また、放電空隙Gのギャップが10mm以下であれば、放電を形成するための電圧を必要以上に高くする必要がない。放電空隙Gのギャップは、とくに0.2mmから0.6mmの範囲であることが好ましい。放電空隙Gのギャップをこの範囲に設定することにより、放電空隙Gの比表面積が増加し、放電空隙Gの冷却効率を向上させることができる。
The gap of the discharge gap G is desirably in the range of 0.1 mm to 10 mm. If the gap of the discharge gap G is 0.1 mm or more, it becomes easy to keep the gap of the discharge gap G uniform in the circumferential direction of the
ヘッダ50、51は、耐腐食性に優れた導電性材料または絶縁材料で構成されている。放電ユニット2を気密にする必要があるため、ヘッダ50、51は加工性に優れたステンレス鋼、フッ素樹脂などを使用することが好ましい。ヘッダ50、51にステンレス鋼などの導電性材料を用いる場合は、高電圧電極12とヘッダ50、51との間に放電が発生しないように、高電圧電極12とヘッダ50、51との間の絶縁距離を確保する必要がある。ヘッダ50、51にフッ素樹脂などの絶縁材料を用いる場合は、高電圧電極12とヘッダ50、51との間に放電は発生しないため、ヘッダ50、51を小型にすることができる。
The
また、本実施の形態のオゾン発生装置では、ヘッダ50からヘッダ51に向かって一方向に原料ガスを流通させている。そのため、放電空隙Gで発生したオゾンは常にヘッダ51に向かって流れ、ヘッダ50の方向へは逆流しない。したがって、放電ユニット2内にオゾンが存在する場合は、常に原料ガスを放電ユニット2内に流通させることで、オゾンの逆流を防ぐことができ、ヘッダ50、導入端子42などが逆流したオゾンで腐食されるのを防ぐことができる。また、オゾンの逆流を防ぐことで、ヘッダ50、導入端子などに耐腐食性の劣る汎用の材料を適用できるので、装置コストを低下させることができる。
In the ozone generator of the present embodiment, the source gas is circulated in one direction from the
導入端子42は、ヘッダ50の内部の気密を保ちつつ、高電圧電源40と給電端子41とを電気的に接続する端子である。導入端子42として、例えば導体と碍子とパッキンとで構成される汎用の電圧導入端子を用いることができる。送風ファン4は、放電ユニット2を冷却するための気流を作り出すことができればよく、プロペラファンなど汎用の送風機を使用することができる。
The
放熱器3は熱伝導性に優れた材料で構成されており、アルミニウム、銅などの熱伝導性に優れた導電性材料を用いることが好ましい。とくに、安価で加工性に優れたアルミニウムを利用することで、放熱器3の製造コストを低減させることができる。
The
原料ガスは少なくとも酸素を含んでいればよく、空気、酸素、または酸素と不活性ガスとの混合ガスなどを用いることができる。不活性ガスとしては、希ガス、二酸化炭素などが用いられる。放電空隙Gに供給される原料ガスの圧力は、0.05MPaG〜0.2MPaGであることが望ましい。0.05MPaG以上であれば、効率よくオゾンが生成される。また、0.2MPaG以下であれば、原料ガス供給装置の吐出圧を必要以上に高くする必要がない。原料ガスの圧力を0.05MPaG〜0.2MPaGとすることで、経済的にオゾン発生効率を向上させることができる。また、オゾン発生装置を大型化した際にも、0.2MPaG未満とすることで、オゾン発生装置が第二種圧力容器規定に該当しなくなり、法令上の制約が軽減されて取り扱いが容易になるなどの利点もある。
The source gas only needs to contain at least oxygen, and air, oxygen, a mixed gas of oxygen and an inert gas, or the like can be used. As the inert gas, rare gas, carbon dioxide or the like is used. The pressure of the raw material gas supplied to the discharge gap G is desirably 0.05 MPaG to 0.2 MPaG. If it is 0.05 MPaG or more, ozone is efficiently generated. Moreover, if it is 0.2 MPaG or less, it is not necessary to make the discharge pressure of a raw material gas supply apparatus higher than necessary. By setting the pressure of the raw material gas to 0.05 MPaG to 0.2 MPaG, the ozone generation efficiency can be improved economically. In addition, even when the ozone generator is increased in size, by making it less than 0.2 MPaG, the ozone generator does not correspond to the
次に、本実施の形態に係るオゾン発生装置の基本動作について説明する。外部からヘッダ50に酸素を含む原料ガスが導入される。ヘッダに導入された原料ガスは、接地電極10と誘電体筒11との間に形成された放電空隙Gを通過して、ヘッダ51から外部に導出される。また、送風ファン4が起動され、放熱器3に冷却風の送風が行われる。その後、高電圧電源40が動作され、接地電極10と高電圧電極12との間に交流の高電圧が印加されて、放電空隙Gに放電が形成される。放電は、接地電極10と高電圧電極12との間で、放電ユニット2の周方向および軸方向に均一に形成される。原料ガスが放電空隙Gを通過する過程で、原料ガスに含まれる酸素が放電と接触し、オゾンが発生する。放電ユニット2は、図1において紙面に垂直な方向に延びる筒状の部材であるため、放電空隙Gを通過する際に原料ガスは繰り返し放電に曝されて多量のオゾンが発生する。放電によって放電ユニット2の内部で発生した熱は熱伝導によって放熱器3に伝わり、冷却風によって冷却される。
Next, the basic operation of the ozone generator according to this embodiment will be described. A source gas containing oxygen is introduced into the
次に、放電によってオゾンが生成および分解されるメカニズム、並びにオゾンの生成および分解における放電空隙Gの温度Tの影響について説明する。接地電極10と高電圧電極12との間に交流の高電圧が印加されると、高電圧によって放電空隙Gの空間に存在する電子が加速される。このとき、酸素分子が高エネルギーの電子と衝突すると(1)式で表される分解反応が生じる。ここで、eは電子、Oが原子状酸素である。
e+O2→2O・・・(1)Next, the mechanism by which ozone is generated and decomposed by discharge and the influence of the temperature T of the discharge gap G in the generation and decomposition of ozone will be described. When an alternating high voltage is applied between the
e + O 2 → 2O (1)
(1)式で発生した原子状酸素の一部は、(2)式で表される反応によりオゾンとなる。ここで、Mは反応の第三体であり、気体中のあらゆる分子または原子を表す。
O+O2+M→O3+M・・・(2)Part of the atomic oxygen generated by the formula (1) becomes ozone by the reaction represented by the formula (2). Here, M is the third body of the reaction and represents any molecule or atom in the gas.
O + O 2 + M → O 3 + M (2)
一方、放電空隙G内では、(3)式および(4)式で表わされるオゾンの分解反応も同時に生じる。
O3+M→O2+O+M・・・(3)
O3+e→O2+O+e・・・(4)
以上が放電によってオゾンが発生および分解されるメカニズムである。On the other hand, in the discharge gap G, ozone decomposition reaction represented by the equations (3) and (4) also occurs simultaneously.
O 3 + M → O 2 + O + M (3)
O 3 + e → O 2 + O + e (4)
The above is the mechanism by which ozone is generated and decomposed by electric discharge.
次に、放電空隙Gの温度の影響について説明する。オゾンの生成に関わる(2)式の反応速度定数k2、および分解に関わる(3)式の反応速度定数k3は、それぞれ(5)式および(6)式で表わされる。ここで、Ea、Ebはそれぞれ第三体Mの種類によって決まる活性化エネルギー(正の値)である。
k2∝exp(Ea/T)・・・(5)
k3∝exp(−Eb/T)・・・(6)Next, the influence of the temperature of the discharge gap G will be described. The reaction rate constant k 2 in the formula (2) related to the generation of ozone and the reaction rate constant k 3 in the formula (3) related to the decomposition are expressed by the formula (5) and the formula (6), respectively. Here, Ea and Eb are activation energies (positive values) determined by the type of the third body M, respectively.
k 2 ∝exp (Ea / T) (5)
k 3 ∝exp (−Eb / T) (6)
(5)式および(6)式で表わされるように、放電空隙Gの温度Tが高くなると、k2は小さく、k3は大きくなる。つまり、温度Tが高くなると、(2)式に示す反応によるオゾンの生成量が減少し、(3)式に示す反応によるオゾンの分解量が増加する。したがって、高効率にオゾンを発生させるためには、放電空隙Gの温度を低く保つことが重要である。(5) As represented by the formula and (6), the temperature T of the discharge gap G is increased, k 2 is small, k 3 is increased. That is, when the temperature T increases, the amount of ozone generated by the reaction shown in the equation (2) decreases, and the amount of ozone decomposed by the reaction shown in the equation (3) increases. Therefore, in order to generate ozone efficiently, it is important to keep the temperature of the discharge gap G low.
オゾン発生装置のオゾン発生量を増やす場合、並べて配置する放電ユニットの数を増やす必要がある。複数の放電ユニットが一方向に並べられた方向と直交する方向から冷却風を送風して放電ユニットを冷却すると、放電ユニットの増加に伴って冷却風を送風する面積を拡大するため、冷却器を増やす必要がある。 When increasing the amount of ozone generated by the ozone generator, it is necessary to increase the number of discharge units arranged side by side. When cooling air is blown from a direction orthogonal to the direction in which a plurality of discharge units are arranged in one direction to cool the discharge unit, the cooler is increased in order to increase the area for blowing the cooling air as the number of discharge units increases. Need to increase.
これに対して、本実施の形態のオゾン発生装置は、複数の放電ユニットが一方向に並べられた方向と平行な方向から冷却風を送風して放電ユニットを冷却しているので、放電ユニットが増加しても、送風距離が延びるだけで冷却風を送風する面積は拡大しない。つまり、本実施の形態のオゾン発生装置は、オゾン生成量を増やす場合でも冷却器を増やす必要がなく、大型化を抑制することができる。 On the other hand, the ozone generator of the present embodiment cools the discharge unit by blowing cooling air from a direction parallel to the direction in which the plurality of discharge units are arranged in one direction. Even if it increases, the area which blows the cooling air is not enlarged only by the air blowing distance extending. That is, the ozone generator of the present embodiment does not need to increase the number of coolers even when the amount of ozone generation is increased, and can suppress an increase in size.
本実施の形態のオゾン発生装置では、複数の放電ユニットが並べて挿入される1つの放熱器を用いているが、複数の放電ユニットにそれぞれ個別の放熱器を備えていてもよい。ただし、複数の放電ユニットにそれぞれ個別の放熱器を備えたオゾン発生装置では、冷却風の上流側の放熱器と下流側に位置する放熱器とに温度差を生じ、複数の放電ユニットの間に大きな温度差を生じる場合がある。その結果、下流側に位置する放電ユニットのオゾン発生効率が低下する場合がある。それに対して、本実施の形態のように複数の放電ユニットが並べて挿入される1つの放熱器を備えたオゾン発生装置では、放熱器を介して複数の放電ユニットの発熱が放熱器全体に拡散されるので、複数の放電ユニットの間の温度差は小さくなる。その結果、下流側に位置する放電ユニットのオゾン発生効率の低下を避けることができる。 In the ozone generator according to the present embodiment, one radiator in which a plurality of discharge units are inserted side by side is used, but each of the plurality of discharge units may be provided with an individual radiator. However, in an ozone generator in which a plurality of discharge units are provided with individual radiators, a temperature difference occurs between the radiator on the upstream side of the cooling air and the radiator located on the downstream side, and the gap between the plurality of discharge units. A large temperature difference may occur. As a result, the ozone generation efficiency of the discharge unit located on the downstream side may decrease. On the other hand, in the ozone generator having one radiator in which a plurality of discharge units are inserted side by side as in the present embodiment, the heat generated by the plurality of discharge units is diffused throughout the radiator through the radiator. Therefore, the temperature difference between the plurality of discharge units is reduced. As a result, it is possible to avoid a decrease in ozone generation efficiency of the discharge unit located on the downstream side.
なお、本実施の形態のオゾン発生装置においては、放電形成に交流の高電圧を用いた例について説明したが、本実施の形態に適用される電源は安定して放電が形成できれば必ずしも交流の高電圧電源である必要はなく、例えば、パルス電源などであってもよい。 In the ozone generator according to the present embodiment, an example in which an alternating high voltage is used for discharge formation has been described. However, a power source applied to the present embodiment may not necessarily have a high alternating current if a stable discharge can be formed. It is not necessary to be a voltage power supply, and may be a pulse power supply, for example.
また、高電圧電源から出力される電圧の波高値、周波数、およびデューティー比などは、放電空隙Gのギャップ、誘電体筒の厚さなどの放電ユニットの構造、原料ガスの組成などの諸条件に応じて適宜決定することができる。一般に、電圧の波高値は1kVから20kVの範囲が望ましい。電圧の波高値が1kV以上であれば安定した放電が形成され、また50kV以下であれば、電源の大型化および電気絶縁の高度化が不要となる。 In addition, the peak value, frequency, duty ratio, etc. of the voltage output from the high voltage power source depend on various conditions such as the gap of the discharge gap G, the structure of the discharge unit such as the thickness of the dielectric cylinder, and the composition of the source gas It can be determined accordingly. In general, the peak value of the voltage is preferably in the range of 1 kV to 20 kV. If the peak value of the voltage is 1 kV or more, a stable discharge is formed, and if it is 50 kV or less, it is not necessary to increase the size of the power source and to enhance the electrical insulation.
また、高電圧電源から出力される電圧の周波数は、商用周波数(数10Hz)から超短波(数100MHz)まで適宜選択することができる。商用周波数の電圧を使用する場合は、高電圧電源の構造が簡素となり、また電気整合などの調整も容易になり、製造コスト、保守コストなどを抑制することができる。数kHzから数100MHzの高周波の電圧を使用する場合、放電で発生した電子などの荷電粒子が高周波の交流電界で放電空隙Gに捕捉され、(1)式に示す反応が進行し易くなるため、オゾンの発生効率が向上するという利点がある。 Moreover, the frequency of the voltage output from the high voltage power supply can be appropriately selected from a commercial frequency (several tens of Hz) to an ultra high frequency (several hundreds of MHz). When a commercial frequency voltage is used, the structure of the high-voltage power supply is simplified, and adjustments such as electrical matching are facilitated, and manufacturing costs and maintenance costs can be suppressed. When using a high-frequency voltage of several kHz to several hundred MHz, charged particles such as electrons generated by the discharge are trapped in the discharge gap G by a high-frequency AC electric field, and the reaction shown in the formula (1) easily proceeds. There is an advantage that the generation efficiency of ozone is improved.
放熱器3のフィン21および溝22は、送風ファン4から送風された空気を、放電ユニット2の軸に直交する方向に流通できればよく、フィン21を冷却風Wの送風の方向に対して傾斜させたり、フィン21の側面に貫通孔、凸凹部などを設けたりしてもよい。冷却風Wの送風の方向に対して傾斜させたり、フィン21の側面に貫通孔、凸凹部などを設けたりすることで、フィン21から空気への熱伝達率が向上し、オゾン発生装置1の冷却性能を向上させることができる。また、放熱器3の表面に黒色の塗装または黒アルマイト加工などの処理を行ってもよい。放熱器3の表面を黒色とすることで、表面の熱輻射を促進し、オゾン発生装置1の冷却性能を向上することができる。
The
また、放熱器3を導電性材料で構成した場合、接地電極10と放熱器3とを電気的に接続して同電位とすることができる。このように構成すれば、高電圧電源40の接地電位を放熱器3に接続することで、接地電極10を高電圧電源40の接地電位と同電位にすることができる。このように構成することで、接地電極10と高電圧電源40との間を直接接続する必要がなく、オゾン発生装置の構成が簡単になる。
Further, when the
さらに、放熱器3を耐腐食性に優れた導電性材料で構成することで、放熱器3が接地電極10を兼用することもできる。図4は、本実施の形態の別のオゾン発生装置の構成を示す断面図である。図4に示すように、このオゾン発生装置においては、放電ユニット2は、接地電極を兼用する放熱器3と、誘電体筒11と、内側電極である高電圧電極12とを備えている。放電ユニット2の放熱器3と誘電体筒11との間にはスペーサ6が設置されて放電空隙Gが形成されている。このように構成されたオゾン発生装置は、部品数が削減されて製造コストが低下する。なお、放熱器3に耐腐食性の劣る汎用の導電性材料を使用する場合であっても、放電空隙Gに露出する面を耐腐食性に優れた絶縁材料で被覆することで、放熱器3を接地電極と兼用させることができる。
Furthermore, the
なお、本実施の形態では、冷却器として送風ファンを用い、冷媒として空気を用いたが、冷却器として液体循環ポンプを使用し、冷媒として水またはフロンなどの液体冷媒を使用することもできる。冷却器として液体循環ポンプを使用し、冷媒として液体冷媒を使用することで、オゾン発生装置の冷却性能を更に向上させることができる。ただし、本実施の形態に示すように、冷却器として送風ファンを使用し、冷媒として空気を使用する場合は、液体循環ポンプおよび液体冷媒を使用する場合と比較して、冷媒の準備、循環配管などが不要になり、オゾン発生装置をコンパクトにしたり、オゾン発生装置の製造コストおよび保守コストを抑制したりすることができる。 In this embodiment, a blower fan is used as a cooler and air is used as a coolant. However, a liquid circulation pump can be used as a cooler, and a liquid coolant such as water or chlorofluorocarbon can be used as a coolant. By using the liquid circulation pump as the cooler and using the liquid refrigerant as the refrigerant, the cooling performance of the ozone generator can be further improved. However, as shown in the present embodiment, when a blower fan is used as a cooler and air is used as a refrigerant, preparation of refrigerant and circulation piping are compared with a case where a liquid circulation pump and a liquid refrigerant are used. The ozone generator can be made compact, and the manufacturing cost and maintenance cost of the ozone generator can be suppressed.
実施の形態2.
図5は、実施の形態2に係るオゾン発生装置の構成を示す断面図である。図5において、オゾン発生装置1は、円筒状の複数の放電ユニット2と、放電ユニット2が挿入される挿入孔を備えた放熱器3と、放熱器3を冷却する冷却風Wを送出する送風ファン4とを備えている。本実施の形態のオゾン発生装置1は、放電ユニット2と放熱器3の挿入孔との間に熱緩和部23を備えている。
図6は、図1のB−B線方向から見た断面図である。図6に示すように、熱緩和部23は、放電ユニット2の外周面と放熱器3の挿入孔の内周面とに接触して配置されている。
図7は、放熱器3の斜視図である。放熱器3は、冷却風Wが送出される方向のy軸方向に3つの放電ユニット2を並べて配置できるように、1つの挿入孔31を備えている。さらに、この挿入孔31にy軸方向に並べて配置される放電ユニット2を挿入することができる3つの孔を備えた熱緩和部23が挿入されている。熱緩和部23は、3つの孔に挿入された放電ユニットの外周面と放熱器3の挿入孔31の内周面とに接触して配置されている。熱緩和部23は、熱伝導性に優れた材料で構成されており、とくに銅、銀、アルミニウムなどで構成されていることが好ましい。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of an ozone generator according to
6 is a cross-sectional view seen from the direction of the line BB in FIG. As shown in FIG. 6, the
FIG. 7 is a perspective view of the
このように構成されたオゾン発生装置は、実施の形態1と同様に、複数の放電ユニットが一方向に並べられた方向と平行な方向から冷却風を送風して放電ユニットを冷却しているので、放電ユニットが増加しても、送風距離が延びるだけで冷却風を送風する面積は拡大しない。つまり、本実施の形態のオゾン発生装置は、オゾン生成量を増やす場合でも大型化を抑制することができる。 Since the ozone generator configured in this manner cools the discharge unit by blowing cooling air from a direction parallel to the direction in which the plurality of discharge units are arranged in one direction, as in the first embodiment. Even if the number of discharge units is increased, the area for blowing cooling air is not enlarged only by extending the blowing distance. That is, the ozone generator of the present embodiment can suppress an increase in size even when the amount of ozone generation is increased.
また、本実施の形態のオゾン発生装置では、熱伝導性に優れた熱緩和部23を放電ユニット2の全ての外周面に接触するように設けたため、すべての放電ユニット2の温度が平均化され、下流側に位置する放電ユニット2のオゾン発生効率の低下を抑制することができる。さらには、熱伝導性に優れた熱緩和部23を設けたことで、放熱器3に求められる高い熱伝導性が緩和されるため、放熱器3に熱伝導性は劣るが耐腐食性に優れたステンレス鋼、加工性に優れた真鍮などを適用できるようになる。
Moreover, in the ozone generator of this Embodiment, since the
実施の形態3.
図8は、実施の形態3に係るオゾン発生装置の構成を示す断面図である。本実施の形態のオゾン発生装置は、実施の形態1と同様の構成に、風洞24を設けたものである。図8に示すように、本実施の形態のオゾン発生装置1は、放熱器3の周囲を覆う風洞24を備えている。送風ファンから送出される冷却風Wは、放熱器3と風洞24との間の空間を流れる。風洞24は冷却風の風圧に対する機械強度があればよく、汎用の材料を適用することができる。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of an ozone generator according to
このように構成されたオゾン発生装置では、送風ファンから送出される冷却風Wの流れる範囲が風洞内に限定されるため、放熱器3に接触する気流が増加し、オゾン発生装置1の冷却性能を向上させることができる。
In the ozone generator configured in this way, the flow range of the cooling air W sent from the blower fan is limited to the inside of the wind tunnel, so that the airflow contacting the
図9は、本実施の形態の別のオゾン発生装置の構成を示す断面図である。図9に示すように、オゾン発生装置1の風洞24の内壁を放熱器3のフィン21と接触させてもよい。このように構成されたオゾン発生装置では、放熱器3のフィン21から風洞24へ熱伝導が生じ、オゾン発生装置1の冷却性能をさらに向上させることができる。このような構成においては、風洞24は熱伝導性に優れたアルミニウムなどで構成されていることが好ましい。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of another ozone generator according to the present embodiment. As shown in FIG. 9, the inner wall of the
実施の形態4.
図10は、実施の形態4に係るオゾン発生装置セットの構成を示す模式図である。図10に示すように、本実施の形態のオゾン発生装置セット70は、実施の形態1から3に示したオゾン発生装置1が、放電ユニットの軸方向と平行な方向および放電ユニット2が並べられた方向と直交する方向に4つ重ねて設けられている。Embodiment 4 FIG.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of an ozone generator set according to Embodiment 4. As shown in FIG. 10, the ozone generator set 70 of the present embodiment has the
このように構成されたオゾン発生装置セット70において、それぞれのオゾン発生装置1に対して並列にガス配管を接続して動作させる場合は、少ない装置の設置面積でオゾン発生装置1の数に比例する量のオゾンを発生させることができる。また、それぞれのオゾン発生装置1に対して直列にガス配管を接続して動作させる場合は、原料ガスが繰り返して放電空隙を流れるので、少ない装置の設置面積で高濃度のオゾンを得ることができる。
In the ozone generator set 70 configured as described above, when operating by connecting gas pipes in parallel to the
なお、本実施の形態のオゾン発生装置セット70においては、単一の高電圧電源からそれぞれのオゾン発生装置1に並列に高電圧を印加することができる。このような構成とすることで、高電圧電源の数を減らすことができ、製造コストおよび保守コストを低減させることができる。また、本実施の形態のオゾン発生装置セット70においては、それぞれのオゾン発生装置1にそれぞれ高電圧電源を備えることもできる。それぞれのオゾン発生装置1に高電圧電源を備えることで、それぞれのオゾン発生装置1で個別にオゾン発生量を調整できるため、オゾン発生装置セット70としてのオゾン発生量を高精度に制御できる。
In the ozone generator set 70 of the present embodiment, a high voltage can be applied in parallel to each
さらに、このように構成されたオゾン発生装置セット70において、1台のオゾン発生装置1が故障した場合でも、故障したオゾン発生装置1のみを交換することで修理可能になり、オゾン発生装置セット70の保守に要する時間が短縮され、保守のコストを低下させることができる。
Further, in the ozone generator set 70 configured as described above, even when one
本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、1つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。Although various exemplary embodiments are described in this application, the various features, aspects, and functions described in one or more embodiments are limited to the application of a particular embodiment. Instead, it can be applied to the embodiments alone or in various combinations.
Accordingly, innumerable modifications not illustrated are envisaged within the scope of the technology disclosed in the present application. For example, the case where at least one component is deformed, the case where the component is added or omitted, the case where the at least one component is extracted and combined with the component of another embodiment are included.
1 オゾン発生装置、 2 放電ユニット、 3 放熱器、 4 送風ファン、 6 スペーサ、 10 接地電極、 11 誘電体筒、 12 高電圧電極、 21 フィン、 22 溝、 23 熱緩和部、 24 風洞、 40 高電圧電源、 41 給電端子、 42 導入端子、 50、51 ヘッダ、 70 オゾン発生装置セット。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記放電ユニットの軸方向と直交する方向に複数の前記放電ユニットが並べられてそれぞれ挿入される複数の挿入孔を有する放熱器と、
前記放熱器を冷却する冷媒を送出する冷却器と
を備えたオゾン発生装置であって、
前記冷却器が前記冷媒を送出する方向は、複数の前記放電ユニットが並べられた方向と平行な方向であることを特徴とするオゾン発生装置。 A plurality of cylindrical discharge units that generate ozone by discharge;
A radiator having a plurality of insertion holes to be inserted respectively are arranged a plurality of the discharge unit in a direction perpendicular to the axial direction of the discharge unit,
An ozone generator comprising a cooler for delivering a refrigerant for cooling the radiator,
The direction in which the cooler delivers the refrigerant is a direction parallel to the direction in which the plurality of discharge units are arranged.
前記放電ユニットの軸方向および前記放電ユニットの並べられた方向と直交する方向に重ねて設けられたことを特徴とするオゾン発生装置セット。 A plurality of ozone generators according to any one of claims 1 to 8 ,
An ozone generator set characterized by being provided so as to overlap in an axial direction of the discharge unit and a direction orthogonal to a direction in which the discharge units are arranged.
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