JP6721364B2 - Ozone generator - Google Patents
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Description
実施形態は、オゾン発生装置に関する。 The embodiment relates to an ozone generator.
酸素を含む原料ガスからオゾンを発生させるオゾン発生装置が知られている。オゾン発生装置は、放電ギャップをあけて配置された一対の電極の間で放電することによって、当該放電ギャップ間の酸素からオゾンを生成する。 There is known an ozone generator that generates ozone from a raw material gas containing oxygen. The ozone generator generates ozone from oxygen in the discharge gap by discharging between a pair of electrodes arranged with a discharge gap.
しかしながら、オゾン発生装置では、放電ギャップでの電力密度を高めることが難しく、オゾンの発生効率を十分に向上させることができていないといった課題がある。 However, in the ozone generator, it is difficult to increase the power density in the discharge gap, and there is a problem that the ozone generation efficiency cannot be sufficiently improved.
実施形態は、上記に鑑みてなされたものであって、オゾンの発生効率を向上させることを目的とする。 The embodiment is made in view of the above, and aims to improve the ozone generation efficiency.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態のオゾン発生装置は、容器と、第１の電極と、第２の電極と、冷却水供給部と、電力供給部と、を備える。容器は、オゾンの原料ガスが供給される中空である。第１の電極は、前記容器の内部に設けられている。第２の電極は、前記第１の電極との間に、０．３ｍｍから０．５ｍｍのギャップをあけて前記容器の内部に設けられている。冷却水供給部は、前記容器内に冷却水を供給する。電力供給部は、前記第１の電極及び前記第２の電極に、前記原料ガスからオゾンを発生させる電力を供給する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the ozone generator of the embodiment includes a container, a first electrode, a second electrode, a cooling water supply unit, and a power supply unit. .. The container is hollow to which the source gas of ozone is supplied. The first electrode is provided inside the container. The second electrode is provided inside the container with a gap of 0.3 mm to 0.5 mm between the second electrode and the first electrode. The cooling water supply unit supplies cooling water into the container. The power supply unit supplies power to generate ozone from the raw material gas to the first electrode and the second electrode.
前記冷却水供給部が前記容器に供給する冷却水の水量をＱｗ[ｍ３／ｈ]とする。前記電力が供給された前記第１の電極及び前記第２の電極との前記ギャップにおける電力密度をＷ／Ｓ[ｋＷ／ｍ２]とする。前記オゾンの発生量をＹ[ｋｇ／ｈ]とする。この場合、オゾン発生装置は、次の式を満たすように、Ｑｗ［ｍ ３ ／ｈ］を設定する。
Ｗ／Ｓ≦０．５・（Ｑｗ／Ｙ）２−１．２８５・（Ｑｗ／Ｙ）＋３．４６２
The amount of cooling water supplied by the cooling water supply unit to the container is Qw [m 3 /h]. The power density in the gap between the first electrode and the second electrode supplied with the power is W/S [kW/m 2 ]. The amount of ozone generated is Y [kg/h]. In this case, the ozone generator sets Qw [m 3 /h] so as to satisfy the following equation.
W/S≦0.5·(Qw/Y) 2 −1.285·(Qw/Y)+3.462
以下の例示的な実施形態や変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が部分的に省略される。実施形態や変形例に含まれる部分は、他の実施形態や変形例の対応する部分と置き換えて構成されることができる。また、実施形態や変形例に含まれる部分の構成や位置等は、特に言及しない限りは、他の実施形態や変形例と同様である。 Similar components are included in the following exemplary embodiments and modifications. Therefore, in the following, similar components will be denoted by common reference numerals, and redundant description will be partially omitted. The parts included in the embodiments and modifications can be configured by replacing the corresponding parts in other embodiments and modifications. In addition, the configurations, positions, and the like of the parts included in the embodiments and the modified examples are the same as those in the other embodiments and the modified examples, unless otherwise specified.
実施形態にかかるオゾン発生装置は、冷却水量Ｑｗ、電力密度Ｗ／Ｓを適切に設定することによって、オゾンの発生効率を向上させる。 The ozone generator according to the embodiment improves the ozone generation efficiency by appropriately setting the cooling water amount Qw and the power density W/S.
以下に、実施形態にかかるオゾン発生装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of an ozone generator according to the embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態にかかるオゾン発生装置１１０を示す図である。図１に矢印で示すＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸で示されるそれぞれの方向を、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向とする。図１に示すように、オゾン発生装置１１０は、装置本体１１２と、電力供給部の一例である高圧電源１１４と、冷却水供給部１１６とを備えている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing an ozone generator 110 according to the first embodiment. The respective directions indicated by the X-axis, Y-axis, and Z-axis shown in FIG. 1 are defined as the X-direction, Y-direction, and Z-direction. As shown in FIG. 1, the ozone generator 110 includes an apparatus body 112, a high-voltage power supply 114 that is an example of a power supply unit, and a cooling water supply unit 116.
装置本体１１２は、気密容器１２０と、複数の誘電体電極１２２と、第２の電極の一例である複数の金属電極１２４と、スペーサ１４２とを備える。 The device body 112 includes an airtight container 120, a plurality of dielectric electrodes 122, a plurality of metal electrodes 124 that are an example of a second electrode, and a spacer 142.
気密容器１２０は、Ｙ方向に沿った中心軸を有する円筒形状である。気密容器１２０の外周部には、ガス入口１２６、ガス出口１２８、冷却水入口１３０及び冷却水出口１３２が接続されている。酸素を含む原料ガスが、ガス入口１２６を介して、外部から気密容器１２０内に供給される。ガス出口１２８は、未反応の原料ガス及びオゾン（Ｏ３）を外部へ排出する。冷却水入口１３０は、気密容器１２０の下部に設けられている。冷却水入口１３０には、冷却水供給部１１６から冷却水が流入する。冷却水出口１３２は、気密容器１２０の上部に設けられている。冷却水出口１３２は、冷却水を外部へ排出する。 The airtight container 120 has a cylindrical shape having a central axis along the Y direction. A gas inlet 126, a gas outlet 128, a cooling water inlet 130, and a cooling water outlet 132 are connected to the outer peripheral portion of the airtight container 120. A raw material gas containing oxygen is supplied from the outside into the airtight container 120 via the gas inlet 126. The gas outlet 128 discharges unreacted source gas and ozone (O 3 ) to the outside. The cooling water inlet 130 is provided below the airtight container 120. Cooling water flows from the cooling water supply unit 116 into the cooling water inlet 130. The cooling water outlet 132 is provided in the upper part of the airtight container 120. The cooling water outlet 132 discharges the cooling water to the outside.
複数の誘電体電極１２２は、気密容器１２０の内部に設けられている。複数の誘電体電極１２２は、それぞれがＹ方向に長手方向を向けた状態でＸ方向にほぼ均等な間隔で配列されている。誘電体電極１２２は、誘電体部１３４と、第１の電極の一例である導電膜１３６と、高圧供給端子１３８とを有する。誘電体部１３４は、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、高ケイ酸ガラス、アルミのケイ酸ガラス、セラミックス等の誘電体材料を含む。誘電体部１３４は、気密容器１２０の中心軸と平行な中心軸を有する筒状（例えば、円筒形状）に形成されている。導電膜１３６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等の導電性の材料を含む。導電膜１３６は、導電性の材料をスパッタリング、溶射、蒸着、無電解メッキ、電解メッキ、塗料塗布等することにより誘電体部１３４の内周面に設けられている。従って、導電膜１３６も筒状（例えば、円筒形状）に形成される。高圧供給端子１３８は、導電膜１３６と電気的に接続されている。 The plurality of dielectric electrodes 122 are provided inside the airtight container 120. The plurality of dielectric electrodes 122 are arranged in the X direction at substantially equal intervals in a state in which the longitudinal direction is oriented in the Y direction. The dielectric electrode 122 has a dielectric portion 134, a conductive film 136 which is an example of a first electrode, and a high voltage supply terminal 138. The dielectric portion 134 includes a dielectric material such as quartz glass, borosilicate glass, high silicate glass, aluminum silicate glass, or ceramics. The dielectric part 134 is formed in a tubular shape (for example, a cylindrical shape) having a central axis parallel to the central axis of the airtight container 120. The conductive film 136 includes a conductive material such as gold, silver, copper, stainless steel, chromium, tin, zinc, nickel, carbon or aluminum. The conductive film 136 is provided on the inner peripheral surface of the dielectric part 134 by subjecting a conductive material to sputtering, thermal spraying, vapor deposition, electroless plating, electrolytic plating, coating with a coating material, or the like. Therefore, the conductive film 136 is also formed in a cylindrical shape (for example, a cylindrical shape). The high voltage supply terminal 138 is electrically connected to the conductive film 136.
金属電極１２４は、ステンレス鋼製等の導電性の材料を含む。複数の金属電極１２４は、気密容器１２０の内部に設けられている。複数の金属電極１２４は、それぞれがＹ方向に長手方向を向けた状態でＸ方向にほぼ均等な間隔で配列されている。金属電極１２４は、気密容器１２０の中心軸と平行な中心軸を有する筒状（例えば、円筒形状）に形成されている。従って、金属電極１２４は、誘電体電極１２２と平行に配置されている。複数の金属電極１２４は、誘電体電極１２２の外周と対向するように設けられている。複数の金属電極１２４は、導電膜１３６との間に所定の放電ギャップ１４４をあけて配置されている。金属電極１２４は、接地電位と接続されている。複数の金属電極１２４のうち、最も外周に設けられた金属電極１２４ａは、気密容器１２０の内周面との間に冷却水の水路１４６を形成する。水路１４６は、気密容器１２０の冷却水入口１３０及び冷却水出口１３２と繋がっている。水路１４６は、金属電極１２４ａ以外の中央部の金属電極１２４の内側の中空部とも繋がっている。 The metal electrode 124 includes a conductive material such as stainless steel. The plurality of metal electrodes 124 are provided inside the airtight container 120. The plurality of metal electrodes 124 are arranged at substantially equal intervals in the X direction with the longitudinal direction of the metal electrodes 124 oriented in the Y direction. The metal electrode 124 is formed in a tubular shape (for example, a cylindrical shape) having a central axis parallel to the central axis of the airtight container 120. Therefore, the metal electrode 124 is arranged in parallel with the dielectric electrode 122. The plurality of metal electrodes 124 are provided so as to face the outer circumference of the dielectric electrode 122. The plurality of metal electrodes 124 are arranged with a predetermined discharge gap 144 between them and the conductive film 136. The metal electrode 124 is connected to the ground potential. Of the plurality of metal electrodes 124, the outermost metal electrode 124 a forms a cooling water channel 146 between itself and the inner peripheral surface of the airtight container 120. The water channel 146 is connected to the cooling water inlet 130 and the cooling water outlet 132 of the airtight container 120. The water channel 146 is also connected to a hollow portion inside the central metal electrode 124 other than the metal electrode 124a.
スペーサ１４２は、金属電極１２４と誘電体電極１２２と間に配置されている。これにより、スペーサ１４２は、金属電極１２４と導電膜１３６との間の放電ギャップ１４４を所定間隔に維持する。具体的には、スペーサ１４２は、０．３ｍｍから０．５ｍｍの放電ギャップ１４４を維持する。 The spacer 142 is arranged between the metal electrode 124 and the dielectric electrode 122. Accordingly, the spacer 142 maintains the discharge gap 144 between the metal electrode 124 and the conductive film 136 at a predetermined interval. Specifically, the spacer 142 maintains a discharge gap 144 of 0.3 mm to 0.5 mm.
高圧電源１１４は、ヒューズ１４０を介して、高圧供給端子１３８に接続されている。高圧電源１１４は、ヒューズ１４０及び高圧供給端子１３８を介して、高電圧の交流電圧を導電膜１３６に印加する。即ち、高圧電源１１４は、導電膜１３６と金属電極１２４とに、原料ガスの酸素からオゾンを発生させるための電力を供給する。高圧電源１１４は、放電ギャップ１４４において、２ｋＷ／ｍ２以上の電力密度となるように、高電圧の交流電圧を導電膜１３６に供給する。 The high-voltage power supply 114 is connected to the high-voltage supply terminal 138 via the fuse 140. The high-voltage power supply 114 applies a high-voltage AC voltage to the conductive film 136 via the fuse 140 and the high-voltage supply terminal 138. That is, the high-voltage power supply 114 supplies power to the conductive film 136 and the metal electrode 124 to generate ozone from oxygen of the raw material gas. The high-voltage power supply 114 supplies a high-voltage AC voltage to the conductive film 136 so that the discharge gap 144 has a power density of 2 kW/m 2 or more.
冷却水供給部１１６は、例えば、ポンプである。冷却水供給部１１６は、気密容器１２０の冷却水入口１３０と接続され、冷却水入口１３０から気密容器１２０の内部の水路１４６へ冷却水を供給する。 The cooling water supply unit 116 is, for example, a pump. The cooling water supply unit 116 is connected to the cooling water inlet 130 of the airtight container 120, and supplies the cooling water from the cooling water inlet 130 to the water passage 146 inside the airtight container 120.
続いて、オゾン発生装置１１０の動作について説明する。オゾン発生装置１１０では、冷却水入口１３０から供給された冷却水が金属電極１２４を冷却している状態で、ガス入口１２６を介して原料ガスが供給されるとともに、高圧電源１１４が導電膜１３６に電力を供給する。これにより、導電膜１３６と金属電極１２４との間の原料ガスに高電圧が印加され、原料ガス中の酸素からオゾンが生成されて、ガス出口１２８から排出される。 Next, the operation of the ozone generator 110 will be described. In the ozone generator 110, while the cooling water supplied from the cooling water inlet 130 is cooling the metal electrode 124, the source gas is supplied via the gas inlet 126 and the high voltage power supply 114 is applied to the conductive film 136. Supply power. As a result, a high voltage is applied to the source gas between the conductive film 136 and the metal electrode 124, ozone is generated from oxygen in the source gas, and the ozone is discharged from the gas outlet 128.
ここで、冷却水供給部１１６が供給する冷却水の水量をＱｗ[ｍ３／ｈ]とする。放電ギャップ１４４における電力密度をＷ／Ｓ[ｋＷ／ｍ２]とする。オゾン発生量をＹ[ｋｇ／ｈ]とする。オゾン発生装置１１０では、下記の式（１）を満たすように、冷却水量Ｑｗ、電力密度Ｗ／Ｓ、オゾン発生量Ｙが設定される。
Ｗ／Ｓ≦０．５・（Ｑｗ／Ｙ）２−１．２８５・（Ｑｗ／Ｙ）＋３．４６２ …（１）
これにより、オゾン発生装置１１０によるオゾン発生効率が向上する。この結果、オゾン発生装置１１０の小型化及び製造コストの低下を実現することができる。
Here, the amount of the cooling water supplied by the cooling water supply unit 116 is Qw [m 3 /h]. The power density in the discharge gap 144 is W/S [kW/m 2 ]. The amount of ozone generated is Y [kg/h]. In the ozone generator 110, the cooling water amount Qw, the power density W/S, and the ozone generation amount Y are set so as to satisfy the following formula (1).
W/S≦0.5·(Qw/Y) 2 −1.285·(Qw/Y)+3.462 (1)
This improves the ozone generation efficiency of the ozone generator 110. As a result, the ozone generator 110 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.
図２は、第１実施形態のオゾン発生装置１１０における冷却水の温度分布を示す説明図である。誘電体電極１２２と金属電極１２４との間の放電ギャップ１４４におけるバリア放電で発生した熱量は、冷却水によって温度を下げられる。上述したように冷却水は、気密容器１２０の下部に設けられた冷却水入口１３０から上部に設けられた冷却水出口１３２へと流れる。金属電極１２４は、冷却水によって冷却されるが、冷却水の流れの一部はよどみ、あるいは、短絡するので、図２に色ムラで示すように、温度の分布にムラが生じる。冷却水の最大温度上昇及び平均温度上昇を解析によって求めた結果を表１に示す。原料ガスは、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）によって生成した酸素ガスとともに、窒素ガス及びアルゴンガスを含む。図２に示す例では、冷却水入口１３０から流入する冷却水の温度を１５℃とした。
図３は、第１実施形態のオゾン発生装置１１０におけるオゾン発生効率Ｅｆｆをパラメータとした電力密度Ｗ／Ｓと、冷却水量Ｑｗと、オゾン発生量Ｙの関係を示す。冷却水量／オゾン発生量（＝Ｑｗ／Ｙ）を上げると、同じオゾン発生効率Ｅｆｆで投入できる電力密度Ｗ／Ｓを上げることが可能となる。同じオゾン発生効率Ｅｆｆにおける電力密度Ｗ／Ｓを高くすると、オゾン発生装置１１０をより小型化することが可能となり、製造コストを下げることができる。また、従来のオゾン発生効率を超えるオゾン発生効率Ｅｆｆとして１２４ｇ／ｋＷｈ以上とするには、放電ギャップ長ｄが０．３ｍｍから０．５ｍｍであり、電力密度Ｗ／Ｓが２ｋＷ／ｍ２の場合、上述の式（１）を満たす必要がある。 FIG. 3 shows the relationship between the power density W/S with the ozone generation efficiency Eff in the ozone generator 110 of the first embodiment as a parameter, the cooling water amount Qw, and the ozone generation amount Y. If the cooling water amount/ozone generation amount (=Qw/Y) is increased, it becomes possible to increase the power density W/S that can be supplied with the same ozone generation efficiency Eff. When the power density W/S at the same ozone generation efficiency Eff is increased, the ozone generator 110 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced. Further, in order to set the ozone generation efficiency Eff exceeding the conventional ozone generation efficiency to 124 g/kWh or more, the discharge gap length d is 0.3 mm to 0.5 mm and the power density W/S is 2 kW/m 2 . It is necessary to satisfy the above equation (1).
図４は、気密容器１２０の内部構成を説明する部分縦断面図である。図４においては、気密容器１２０と誘電体電極１２２以外は省略している。複数の誘電体電極１２２は、気密容器１２０内の六角形の領域内に収容されている。図４に示すように、冷却水入口１３０の中心軸１５０の延長線の位置は、中心軸１５０と交差（例えば、直交）する方向において、冷却水出口１３２の中心軸１５２の位置と異なる。例えば、冷却水入口１３０の中心軸１５０の位置は、中心軸１５０と直交する方向において、冷却水出口１３２の中心軸１５２の位置と、２０ｃｍから３０ｃｍ程度ずれていることが好ましい。これにより、冷却水入口１３０から導入された冷却水が、金属電極１２４等を冷却することなく、冷却水出口１３２から排出されることを抑制できる。従って、冷却水が、金属電極１２４等をより効率よく冷却できるので、オゾンの発生効率を向上させ、且つ、電力密度を高くすることができる。この結果、オゾン発生装置１１０の小型化及び製造コストの低下を実現することができる。 FIG. 4 is a partial vertical cross-sectional view illustrating the internal configuration of the airtight container 120. In FIG. 4, components other than the airtight container 120 and the dielectric electrode 122 are omitted. The plurality of dielectric electrodes 122 are housed in a hexagonal region inside the airtight container 120. As shown in FIG. 4, the position of the extension line of the central axis 150 of the cooling water inlet 130 is different from the position of the central axis 152 of the cooling water outlet 132 in the direction intersecting (for example, orthogonal to) the central axis 150. For example, the position of the central axis 150 of the cooling water inlet 130 is preferably displaced from the position of the central axis 152 of the cooling water outlet 132 by about 20 cm to 30 cm in the direction orthogonal to the central axis 150. As a result, the cooling water introduced from the cooling water inlet 130 can be suppressed from being discharged from the cooling water outlet 132 without cooling the metal electrode 124 and the like. Therefore, the cooling water can cool the metal electrode 124 and the like more efficiently, so that the ozone generation efficiency can be improved and the power density can be increased. As a result, the ozone generator 110 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.
図５は、金属電極１２４及び抵抗板の一例である仕切板１４８を説明する図である。仕切板１４８が、気密容器１２０の内部の冷却水が流れる水路上に設けられていてもよい。仕切板１４８は、冷却水の流れの抵抗となり、冷却水の流れる方向を変える。図５に示すように、例えば、仕切板１４８は、複数の金属電極１２４を含む管群が配置されている領域と、気密容器１２０の外壁との間に設けられていてもよい。これにより、冷却水入口１３０から導入された冷却水が、金属電極１２４が配置されていない外周近傍を流れて、金属電極１２４等を冷却することなく、冷却水出口１３２から排出されることを抑制できる。従って、冷却水が、金属電極１２４等をより効率よく冷却できるので、オゾンの発生効率を向上させ、且つ、電力密度を高くすることができる。この結果、オゾン発生装置１１０の小型化及び製造コストの低下を実現することができる。 FIG. 5 is a diagram illustrating a metal electrode 124 and a partition plate 148 that is an example of a resistance plate. The partition plate 148 may be provided on the water channel inside the airtight container 120 through which the cooling water flows. The partition plate 148 serves as a resistance against the flow of the cooling water and changes the flowing direction of the cooling water. As shown in FIG. 5, for example, the partition plate 148 may be provided between the region where the tube group including the plurality of metal electrodes 124 is arranged and the outer wall of the airtight container 120. This suppresses the cooling water introduced from the cooling water inlet 130 from flowing out of the cooling water outlet 132 without flowing through the vicinity of the outer periphery where the metal electrode 124 is disposed and cooling the metal electrode 124 and the like. it can. Therefore, the cooling water can cool the metal electrode 124 and the like more efficiently, so that the ozone generation efficiency can be improved and the power density can be increased. As a result, the ozone generator 110 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.
図６は、冷却水入口１３０及び冷却水出口１３２の別の形態を説明する図である。図６に示すように、冷却水入口１３０の本数と、冷却水出口１３２の本数は異なっていてもよい。例えば、冷却水入口１３０及び冷却水出口１３２の一方がｎ本であり、冷却水入口１３０及び冷却水出口１３２の他方が２ｎ本である。この場合、２ｎ本である冷却水入口１３０及び冷却水出口１３２の他方は、気密容器１２０の中心軸を垂線とする中心垂直面に対して対称な位置に配置されていることが好ましい。図６に示す例では、冷却水入口１３０の本数が１本であり、冷却水出口１３２の本数が２本である。２本の冷却水出口１３２は、中心垂直面１５４に対して、対称な位置に配置されている。これにより、冷却水入口１３０から導入された冷却水が、金属電極１２４等を冷却することなく、冷却水出口１３２から排出されることを抑制できる。従って、冷却水は、金属電極１２４等をより効率よく冷却できるので、オゾンの発生効率を向上させ、且つ、電力密度を高くすることができる。この結果、オゾン発生装置１１０の小型化及び製造コストの低下を実現することができる。 FIG. 6 is a diagram illustrating another form of the cooling water inlet 130 and the cooling water outlet 132. As shown in FIG. 6, the number of cooling water inlets 130 and the number of cooling water outlets 132 may be different. For example, one of the cooling water inlet 130 and the cooling water outlet 132 is n, and the other of the cooling water inlet 130 and the cooling water outlet 132 is 2n. In this case, it is preferable that the other of the 2n cooling water inlets 130 and the cooling water outlets 132 are arranged at positions symmetrical with respect to a central vertical plane having the central axis of the airtight container 120 as a vertical line. In the example shown in FIG. 6, the number of cooling water inlets 130 is one, and the number of cooling water outlets 132 is two. The two cooling water outlets 132 are arranged symmetrically with respect to the central vertical surface 154. As a result, the cooling water introduced from the cooling water inlet 130 can be suppressed from being discharged from the cooling water outlet 132 without cooling the metal electrode 124 and the like. Therefore, the cooling water can cool the metal electrode 124 and the like more efficiently, so that the ozone generation efficiency can be improved and the power density can be increased. As a result, the ozone generator 110 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.
＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態にかかるオゾン発生装置１０を示す図である。図７に矢印で示すＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸で示されるそれぞれの方向を、Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向とする。図７に示すように、オゾン発生装置１０は、装置本体１２と、電力供給部の一例である高圧電源１４と、冷却水供給部１６とを備えている。
<Second Embodiment>
FIG. 7: is a figure which shows the ozone generator 10 concerning 2nd Embodiment. The directions indicated by the X-axis, Y-axis, and Z-axis indicated by the arrows in FIG. 7 are the X-direction, the Y-direction, and the Z-direction. As shown in FIG. 7, the ozone generator 10 includes a device body 12, a high-voltage power supply 14 that is an example of a power supply unit, and a cooling water supply unit 16.
装置本体１２は、気密容器２０と、誘電体電極２２と、第２の電極の一例である金属電極２４とを備える。 The device body 12 includes an airtight container 20, a dielectric electrode 22, and a metal electrode 24 which is an example of a second electrode.
気密容器２０は、筒状の中空である。気密容器２０は、例えば、Ｙ方向に沿った中心軸を有する円筒形状である。気密容器２０は、誘電体電極２２、及び、金属電極２４を収容して保持する。気密容器２０の外周部には、ガス入口２６、ガス出口２８、冷却水入口３０及び冷却水出口３２が筒状に形成されている。酸素を含む原料ガスが、ガス入口２６を介して、外部から気密容器２０に供給される。原料ガスの圧力である原料ガス圧は、０．１ＭＰａ〜０．３ＭＰａとすることが好ましい。 ガス出口２８は、未反応の原料ガス及びオゾン（Ｏ３）を外部へ導出する。冷却水入口３０には、冷却水供給部１６から冷却水が流入する。冷却水出口３２は、冷却水を外部へ排出する。 The airtight container 20 is a hollow tube. The airtight container 20 has, for example, a cylindrical shape having a central axis along the Y direction. The airtight container 20 accommodates and holds the dielectric electrode 22 and the metal electrode 24. A gas inlet 26, a gas outlet 28, a cooling water inlet 30 and a cooling water outlet 32 are formed in a cylindrical shape on the outer peripheral portion of the airtight container 20. A raw material gas containing oxygen is supplied to the airtight container 20 from the outside through the gas inlet 26. The raw material gas pressure, which is the pressure of the raw material gas, is preferably 0.1 MPa to 0.3 MPa. The gas outlet 28 guides unreacted source gas and ozone (O 3 ) to the outside. Cooling water flows into the cooling water inlet 30 from the cooling water supply unit 16. The cooling water outlet 32 discharges the cooling water to the outside.
誘電体電極２２は、気密容器２０の内部に設けられている。誘電体電極２２は、誘電体部３４と、第１の電極の一例である導電膜３６と、高圧供給端子３８とを有する。誘電体部３４は、誘電性の材料を含む。誘電体部３４は、Ｙ方向に沿った中心軸を有する円筒形状に形成されている。誘電体部３４の中心軸は、気密容器２０の中心軸とほぼ平行である。導電膜３６は、導電性の材料を含む。導電膜３６は、誘電体部３４の内周面に設けられている。高圧供給端子３８は、導電膜３６の内側に設けられ、導電膜３６と電気的に接続されている。 The dielectric electrode 22 is provided inside the airtight container 20. The dielectric electrode 22 includes a dielectric portion 34, a conductive film 36 that is an example of a first electrode, and a high voltage supply terminal 38. The dielectric portion 34 includes a dielectric material. The dielectric part 34 is formed in a cylindrical shape having a central axis along the Y direction. The central axis of the dielectric part 34 is substantially parallel to the central axis of the airtight container 20. The conductive film 36 includes a conductive material. The conductive film 36 is provided on the inner peripheral surface of the dielectric portion 34. The high voltage supply terminal 38 is provided inside the conductive film 36 and is electrically connected to the conductive film 36.
金属電極２４は、導電性の材料を含む。金属電極２４は、誘電体電極２２の外周と対向するように、かつ、囲むように、気密容器２０の内部に設けられている。金属電極２４は、誘電体部３４を挟み、導電膜３６と対向する。金属電極２４は、接地電位と接続されている。金属電極２４は、導電膜３６と放電ギャップ４４をあけて配置されている。金属電極２４は、スペーサ４２を有する。スペーサ４２は、金属電極２４の他の部分から誘電体電極２２へ突出している。これにより、スペーサ４２は、スペーサ４２以外の金属電極２４の部分と誘電体電極２２との間にあけられた放電ギャップ４４を維持する。具体的には、スペーサ４２は、０．３ｍｍから０．５ｍｍの放電ギャップ４４を維持する。金属電極２４は、気密容器２０の内周面との間に冷却水の水路４６を形成する。水路４６は、気密容器２０の冷却水入口３０及び冷却水出口３２と繋がっている。従って、冷却水入口３０から導入された冷却水は、水路４６を経由して、冷却水出口３２から排出される。 The metal electrode 24 includes a conductive material. The metal electrode 24 is provided inside the airtight container 20 so as to face and surround the outer periphery of the dielectric electrode 22. The metal electrode 24 faces the conductive film 36 with the dielectric portion 34 interposed therebetween. The metal electrode 24 is connected to the ground potential. The metal electrode 24 is arranged with a conductive film 36 and a discharge gap 44 therebetween. The metal electrode 24 has a spacer 42. The spacer 42 projects from the other part of the metal electrode 24 to the dielectric electrode 22. Thereby, the spacer 42 maintains the discharge gap 44 opened between the dielectric electrode 22 and the portion of the metal electrode 24 other than the spacer 42. Specifically, the spacer 42 maintains a discharge gap 44 of 0.3 mm to 0.5 mm. The metal electrode 24 forms a water passage 46 of the cooling water with the inner peripheral surface of the airtight container 20. The water passage 46 is connected to the cooling water inlet 30 and the cooling water outlet 32 of the airtight container 20. Therefore, the cooling water introduced from the cooling water inlet 30 is discharged from the cooling water outlet 32 via the water passage 46.
高圧電源１４は、ヒューズ４０を介して、高圧供給端子３８と電気的に接続されている。高圧電源１４は、ヒューズ４０及び高圧供給端子３８を介して、高電圧の交流を導電膜３６に印加する。即ち、高圧電源１４は、導電膜３６と金属電極２４とに、原料ガスの酸素からオゾンを発生させるための電力を供給する。高圧電源１４は、放電ギャップ４４において、２ｋＷ／ｍ２以上の電力密度となるように、高電圧の交流を導電膜３６に供給する。 The high-voltage power supply 14 is electrically connected to the high-voltage supply terminal 38 via the fuse 40. The high voltage power supply 14 applies a high voltage AC to the conductive film 36 via the fuse 40 and the high voltage supply terminal 38. That is, the high-voltage power supply 14 supplies electric power to the conductive film 36 and the metal electrode 24 to generate ozone from oxygen of the raw material gas. The high-voltage power supply 14 supplies a high-voltage alternating current to the conductive film 36 so that the discharge gap 44 has a power density of 2 kW/m 2 or more.
冷却水供給部１６は、例えば、ポンプである。冷却水供給部１６は、気密容器２０の冷却水入口３０と接続されている。冷却水供給部１６は、冷却水入口３０から気密容器２０の水路４６へ冷却水を供給する。ここで、冷却水供給部１６が、気密容器２０に供給する冷却水の水量をＱｗ[ｍ３／ｈ]とする。放電ギャップ４４における電力密度をＷ／Ｓ[ｋＷ／ｍ２]とし、オゾン発生量をＹ[ｋｇ／ｈ]とする。オゾン発生装置１０では、上述の式（１）を満たすように、冷却水量Ｑｗ、電力密度Ｗ／Ｓ、オゾン発生量Ｙが設定される。これにより、オゾン発生装置１０によるオゾン発生効率か向上する。この結果、オゾン発生装置１０の小型化及び製造コストの低下を実現することができる。 The cooling water supply unit 16 is, for example, a pump. The cooling water supply unit 16 is connected to the cooling water inlet 30 of the airtight container 20. The cooling water supply unit 16 supplies the cooling water from the cooling water inlet 30 to the water passage 46 of the airtight container 20. Here, the cooling water supply unit 16 sets the amount of cooling water supplied to the airtight container 20 to Qw [m 3 /h]. The power density in the discharge gap 44 is W/S [kW/m 2 ], and the ozone generation amount is Y [kg/h]. In the ozone generator 10, the cooling water amount Qw, the power density W/S, and the ozone generation amount Y are set so as to satisfy the above formula (1). This improves the ozone generation efficiency of the ozone generator 10. As a result, the ozone generator 10 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.
上述した各実施形態の構成の形状、配置、個数、機能などは適宜変更してよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。 The shape, arrangement, number, function, etc. of the configurations of the above-described embodiments may be changed as appropriate. Moreover, you may combine each embodiment suitably.
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。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the scope of equivalents thereof.
１１０…オゾン発生装置、１１４…高圧電源（電力供給部）、１１６…冷却水供給部、１２０…気密容器、１２４…金属電極（第２の電極）、１２４ａ…金属電極（第２の電極）、１３０…冷却水入口、１３２…冷却水出口、１３６…導電膜（第１の電極）、１４４…放電ギャップ、１４６…水路、１４８…仕切板（抵抗板）、１５０…中心軸、１５２…中心軸、１５４…中心垂直面、１０…オゾン発生装置、１４…高圧電源（電力供給部）、１６…冷却水供給部、２０…気密容器、２４…金属電極（第２の電極）、３０…冷却水入口、３２…冷却水出口、３６…導電膜（第１の電極）、４４…放電ギャップ、４６…水路。 110... Ozone generator, 114... High-voltage power supply (power supply section), 116... Cooling water supply section, 120... Airtight container, 124... Metal electrode (second electrode), 124a... Metal electrode (second electrode), 130... Cooling water inlet, 132... Cooling water outlet, 136... Conductive film (first electrode), 144... Discharge gap, 146... Water channel, 148... Partition plate (resistive plate), 150... Central axis, 152... Central axis 154... Central vertical plane, 10... Ozone generator, 14... High-voltage power supply (power supply unit), 16... Cooling water supply unit, 20... Airtight container, 24... Metal electrode (second electrode), 30... Cooling water Inlet, 32... Cooling water outlet, 36... Conductive film (first electrode), 44... Discharge gap, 46... Water channel.
Claims (5)
前記容器の内部に設けられた第１の電極と、
前記第１の電極との間に、０．３ｍｍから０．５ｍｍのギャップをあけて前記容器の内部に設けられた第２の電極と、
前記容器内に冷却水を供給する冷却水供給部と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に、前記原料ガスからオゾンを発生させる電力を供給する電力供給部と、
を備え、
前記冷却水供給部が前記容器に供給する冷却水の水量をＱｗ[ｍ３／ｈ]として、
前記電力が供給された前記第１の電極及び前記第２の電極との前記ギャップにおける電力密度をＷ／Ｓ[ｋＷ／ｍ２]として、
前記オゾンの発生量をＹ[ｋｇ／ｈ]とした場合、
Ｗ／Ｓ≦０．５・（Ｑｗ／Ｙ）２−１．２８５・（Ｑｗ／Ｙ）＋３．４６２
を満たすように、Ｑｗ［ｍ ３ ／ｈ］を設定する、オゾン発生装置。 A hollow container to which the raw material gas is supplied,
A first electrode provided inside the container;
A second electrode provided inside the container with a gap of 0.3 mm to 0.5 mm between the first electrode and the first electrode;
A cooling water supply unit for supplying cooling water into the container,
A power supply unit that supplies power to generate ozone from the source gas to the first electrode and the second electrode;
Equipped with
The amount of cooling water supplied to the container by the cooling water supply unit is Qw [m 3 /h],
The power density in the gap between the first electrode and the second electrode to which the power is supplied is W/S [kW/m 2 ],
When the amount of ozone generated is Y [kg/h],
W/S≦0.5·(Qw/Y) 2 −1.285·(Qw/Y)+3.462
Ozone generator which sets Qw [m< 3 >/h] so that it may satisfy | fill.
前記冷却水が流入する筒状の冷却水入口と、
前記冷却水を排出する筒状の冷却水出口と、
を備え、
前記冷却水入口の中心軸の延長線は、前記冷却水出口の中心軸と異なる位置に配置されている
請求項１または２に記載のオゾン発生装置。 The container is
A cylindrical cooling water inlet into which the cooling water flows,
A cylindrical cooling water outlet for discharging the cooling water,
Equipped with
The ozone generator according to claim 1 or 2, wherein an extension line of a central axis of the cooling water inlet is arranged at a position different from a central axis of the cooling water outlet.
筒状であって、
前記冷却水が流入する筒状の冷却水入口と、
前記冷却水を排出する筒状の冷却水出口と、
を備え、
前記冷却水入口及び前記冷却水出口の一方はｎ本であり、
前記冷却水入口及び前記冷却水出口の他方は２ｎ本であり、
前記冷却水入口及び前記冷却水出口の前記他方は、前記容器の中心軸を垂線とする中心垂直面に対して、対称な位置に配置されている
請求項１から３のいずれか１項に記載のオゾン発生装置。 The container is
Tubular,
A cylindrical cooling water inlet into which the cooling water flows,
A cylindrical cooling water outlet for discharging the cooling water,
Equipped with
One of the cooling water inlet and the cooling water outlet is n
The other one of the cooling water inlet and the cooling water outlet is 2n,
The said other one of the said cooling water inlet and the said cooling water outlet is arrange|positioned in the symmetrical position with respect to the center vertical plane which makes the center axis of the said container a perpendicular line. Ozone generator.
前記第２の電極の内側に前記冷却水が流れる水路が形成されている
請求項１から４のいずれか１項に記載のオゾン発生装置。 The second electrode is tubular,
The ozone generator according to claim 1, wherein a water passage through which the cooling water flows is formed inside the second electrode.
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