JP6893755B2 - Ozone gas generation system - Google Patents

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Description

この発明は、オゾン用電源と放電現象を利用したオゾン発生器との組合構成により、高濃度なオゾンガスを出力するオゾンガス発生システムに関する。特に、放電を用いたオゾン発生器とオゾン用電源との組合で、高濃度なオゾンガスまたは高発生量のオゾンガスを出力できるオゾンガス発生システムに関する。 The present invention relates to an ozone gas generation system that outputs high-concentration ozone gas by a combination configuration of an ozone power source and an ozone generator utilizing a discharge phenomenon. In particular, the present invention relates to an ozone gas generation system capable of outputting high-concentration ozone gas or high-generation ozone gas by a combination of an ozone generator using electric discharge and an ozone power source.

一般に、放電式のオゾンガス発生装置は、オゾンガスを発生させるための電源供給を行うオゾン用電源と、オゾンガス生成用の放電セル(オゾン発生セル)を内蔵したオゾン発生器との組合せで構成される。 Generally, a discharge-type ozone gas generator is composed of a combination of an ozone power source that supplies power for generating ozone gas and an ozone generator having a built-in discharge cell (ozone generation cell) for generating ozone gas.

放電セルは誘電体を介した放電空間を有しており、オゾン用電源からオゾン発生器に高電圧のオゾン発生用交流電圧を印加することにより、放電セルの放電空間内で誘電体バリア放電(無声放電)を誘起させることができる。誘電体バリア放電を発生している放電空間に、オゾンガスを生成するための触媒ガスを添加した酸素ガスを原料ガスとして採用した放電発生装置、もしくは触媒ガスを添加しない高純度酸素ガスが原料ガスとして供給され、上記誘電体バリア放電面にオゾンガスを生成するための光触媒材料が塗布された放電発生装置の2通りの装置が構成される。これら2通りの放電発生装置それぞれに供給した原料ガスに放電エネルギーを与えることで、触媒を介した高濃度のオゾンガスが生成される。 The discharge cell has a discharge space through a dielectric, and by applying a high voltage ozone generation AC voltage from the ozone power source to the ozone generator, a dielectric barrier discharge (dielectric barrier discharge) is performed in the discharge space of the discharge cell. Silent discharge) can be induced. A discharge generator that uses an oxygen gas to which a catalyst gas for generating ozone gas is added as a raw material gas in the discharge space that generates a dielectric barrier discharge, or a high-purity oxygen gas that does not add a catalyst gas as a raw material gas. Two types of discharge generators are configured, which are supplied and coated with a photocatalyst material for generating ozone gas on the dielectric barrier discharge surface. By applying discharge energy to the raw material gas supplied to each of these two types of discharge generators, high-concentration ozone gas is generated via a catalyst.

放電セルで生成したオゾンガスを集め、オゾン発生器から所定のオゾン濃度のオゾンガスが取出せる構成にしたものが、オゾンガス発生装置である。オゾンガス発生装置に用いるオゾン発生器としては、例えば、特許文献1で開示されたオゾン発生器がある。 An ozone gas generator has a configuration in which ozone gas generated in a discharge cell is collected and ozone gas having a predetermined ozone concentration can be taken out from an ozone generator. Examples of the ozone generator used in the ozone gas generator include the ozone generator disclosed in Patent Document 1.

種々の先行技術文献で開示されたオゾン発生器は、当然オゾンガスを生成するための触媒ガスを添加することもしくは、放電面に光触媒材料を塗布するように施したオゾン発生器を対象にしている。以後の発明要素においては、原料ガスに触媒ガスを添加した原料ガスもしくは放電面に光触媒材料を塗布するようにしたオゾン発生器であることの明記は省略して、当然上記処置は施されているオゾン発生器を前提として説明する。 The ozone generators disclosed in various prior art documents are, of course, intended for ozone generators to which a catalyst gas for generating ozone gas is added or a photocatalytic material is applied to the discharge surface. In the subsequent invention elements, the above-mentioned measures are naturally taken without specifying that the ozone generator is a raw material gas obtained by adding a catalyst gas to the raw material gas or a photocatalytic material applied to the discharge surface. The explanation will be made on the assumption of an ozone generator.

また、オゾン発生器で単位時間当たりの生成した総オゾン生成量Y(g/h)は、放電セルの放電空間に供給した原料ガスの総ガス流量Q(L/min)とオゾン発生器に投入する総放電電力DW(W)に対応した量となり、以下の式(1)を満足する。 Further, the total ozone generation amount Y (g / h) generated per unit time by the ozone generator is input to the total gas flow rate Q (L / min) of the raw material gas supplied to the discharge space of the discharge cell and the ozone generator. The amount corresponds to the total discharge power DW (W) to be generated, and the following equation (1) is satisfied.

Y=Q・C…(1)
なお、式(1)における"C"は、放電セルで生成するオゾン生成濃度(g/m)である。
Y = Q ・ C ... (1)
In addition, "C" in the formula (1) is the ozone generation concentration (g / m 3 ) generated in the discharge cell.

つまり、オゾン発生器で生成する総オゾン生成量Y(g/h)は、生成したオゾン生成濃度C(g/m)と供給した原料ガスの総ガス流量Q(L/min)の積に対応した値となる。That is, the total ozone production amount Y (g / h) generated by the ozone generator is the product of the generated ozone generation concentration C (g / m 3 ) and the total gas flow rate Q (L / min) of the supplied raw material gas. It becomes the corresponding value.

ちなみに、放電セルで生成するオゾン生成濃度C(g/m3)は、単位時間当たりの単位ガス体積V(cm)に注入する放電電力DW(watt=joule/sec.)に対応する。なお、単に単位ガス体積V(cm)はオゾンガス発生器全体において以下の式(2)を満足する。
V(cm/sec)=1000・Q/60…(2)
Incidentally, the ozone generation concentration C (g / m 3 ) generated in the discharge cell corresponds to the discharge power DW (watt = joule / sec.) Injected into the unit gas volume V (cm 3) per unit time. The unit gas volume V (cm 3 ) simply satisfies the following equation (2) in the entire ozone gas generator.
V (cm 3 / sec) = 1000 ・ Q / 60… (2)

つまり、放電セルで生成するオゾン生成濃度C(g/m3)は、オゾン発生セルの単位ガス体積V(cm)に注入する放電エネルギー量(joule/cm3)に相当する比電力値DW/Q(W・min/L)によって決まる。That is, the ozone generation concentration C (g / m 3 ) generated in the discharge cell is the specific power value DW corresponding to the discharge energy amount (joule / cm 3 ) injected into the unit gas volume V (cm 3) of the ozone generation cell. It is determined by / Q (W ・ min / L).

したがって、オゾン生成濃度C(g/m)は、比電力値DW/Q(W・min/L)に比例して生成濃度が高くなる。オゾン生成濃度C(g/m)は、以下の式(3)で表される。
C(g/m)=A・DW/Q…(3)
Therefore, the ozone production concentration C (g / m 3 ) increases in proportion to the specific power value DW / Q (W · min / L). The ozone production concentration C (g / m 3 ) is expressed by the following equation (3).
C (g / m 3 ) = A ・ DW / Q ... (3)

なお、式(3)において、"A(g/J)"は、放電セルによる単位放電エネルギー当たりのオゾン生成能力を示した固有の比例定数である。固有値である"A(g/J)"は、電子衝突や放電による種々の触媒化学反応を介してオゾンを生成できる能力値を示す。より詳細に説明すると、この"A(g/J)"は、放電形態、ガス種、放電面材料、ギャップ長dに依存する固有値といえる。 In equation (3), "A (g / J)" is a unique proportional constant indicating the ozone generation capacity per unit discharge energy of the discharge cell. The eigenvalue "A (g / J)" indicates the ability value to generate ozone through various catalytic chemical reactions due to electron collision and electric discharge. More specifically, this "A (g / J)" can be said to be an eigenvalue depending on the discharge form, gas type, discharge surface material, and gap length d.

ちなみに、単位時間当たりの生成した総オゾン生成量Y(g/h)に対し、式(3)で導出されるオゾン生成濃度Cを生成する放電セルにおいて、放電空間内に滞在しているオゾン量Ys(g)は、下記の式(4)で表される。
Ys(g)=C・d・S/1000000…(4)
By the way, the amount of ozone staying in the discharge space in the discharge cell that generates the ozone generation concentration C derived by the equation (3) with respect to the total amount of ozone generated per unit time Y (g / h). Ys (g) is represented by the following equation (4).
Ys (g) = C ・ d ・ S / 1000000 ... (4)

式(4)における"d"は、放電ギャップ長(cm)で、"S"は、オゾン発生器の総放電面積(cm2)である。放電セルの放電空間内に滞在しているオゾン量Ysは、オゾンを生成できる能力値Aや比電力値DW/Q値だけでなく、放電セル構造因子である放電ギャップ長d、総放電面積Sで決まる固定値であって、放電セル構造が決まれば変更ができないパラメータ値でもある。In equation (4), "d" is the discharge gap length (cm), and "S" is the total discharge area (cm 2 ) of the ozone generator. The amount of ozone Ys staying in the discharge space of the discharge cell is not only the ability value A and the specific power value DW / Q value capable of generating ozone, but also the discharge gap length d, which is a discharge cell structural factor, and the total discharge area S. It is a fixed value determined by, and is also a parameter value that cannot be changed once the discharge cell structure is determined.

図15は従来のオゾン発生装置における比電力値DW/Qに対する取出しオゾン濃度Ctの特性を示すグラフである。 FIG. 15 is a graph showing the characteristics of the extracted ozone concentration Ct with respect to the specific power value DW / Q in the conventional ozone generator.

なお、オゾン発生装置における取出しオゾン量Ytは、取出しオゾン濃度Ctと供給するガス流量Qとの積にほぼ対応した値となる。つまり、可能な範囲で最大となるガス流量Qの原料ガスを供給して、図15に示した取出しオゾン濃度Ct値と比電力値DW/Q値とから、オゾン発生装置における取出しオゾン量Yt(=Ct・Q)の最大値が求まり、注入する放電電力DW(=比電力値(DW/Q)・Q)の最大値も求まる。 The amount of extracted ozone Yt in the ozone generator is a value substantially corresponding to the product of the extracted ozone concentration Ct and the supplied gas flow rate Q. That is, the raw material gas having the maximum gas flow rate Q in the possible range is supplied, and the extracted ozone amount Yt (extracted ozone amount Yt) in the ozone generator is obtained from the extracted ozone concentration Ct value and the specific power value DW / Q value shown in FIG. The maximum value of = Ct · Q) is obtained, and the maximum value of the discharged discharge power DW (= specific power value (DW / Q) · Q) to be injected is also found.

オゾンガス発生装置においては、式(3)、式(4)で算出したオゾン生成濃度C、オゾン量Ysのオゾンが発生している。一方、図15に示すように、放電現象を利用するオゾンガス発生装置においては、オゾン発生器の比電力値DW/Qに対する取出しオゾン濃度Ctの特性は、特性8000aとなる。特性8000aにおいて、低い比電力値DW/Qに対する取出しオゾン濃度Ctの特性を示す接線(二点鎖線)が各放電セルに滞在しているオゾン量Ysに相当するオゾン生成濃度Cを示している。 In the ozone gas generator, ozone having an ozone generation concentration C and an ozone amount Ys calculated by the formulas (3) and (4) is generated. On the other hand, as shown in FIG. 15, in the ozone gas generator utilizing the discharge phenomenon, the characteristic of the extracted ozone concentration Ct with respect to the specific power value DW / Q of the ozone generator is the characteristic 8000a. In the characteristic 8000a, the tangent line (two-point chain line) showing the characteristic of the extracted ozone concentration Ct with respect to the low specific power value DW / Q indicates the ozone generation concentration C corresponding to the ozone amount Ys staying in each discharge cell.

一方、高い比電力値DW/Qにおける取出しオゾン濃度Ctは、各放電セルから生成するオゾン生成濃度C(二点鎖線)から各放電セル内での生成したオゾンを分解する濃度Cdを取り除いた値となる。すなわち、取出しオゾン濃度Ctは、オゾンガス発生装置から取出せる実際のオゾン濃度を示している。 On the other hand, the extracted ozone concentration Ct at a high specific power value DW / Q is a value obtained by removing the concentration Cd that decomposes the ozone generated in each discharge cell from the ozone generation concentration C (two-point chain line) generated from each discharge cell. It becomes. That is, the extracted ozone concentration Ct indicates the actual ozone concentration that can be extracted from the ozone gas generator.

ここで、原料ガスとして高純度酸素ガスを用いているオゾン発生器について検討する。このようなオゾン発生器においては、比電力値DW/Q(W・min/L)に対して決定される、生成オゾン濃度特性(二点鎖線)で示されるオゾン生成能力の主要因は、特許文献2〜特許文献6で示された放電セルの放電空間で発生する誘電体バリア放電(無声放電)であると考えられる。各特許文献が示すように、放電空間における電子衝突による酸素原子の解離量は非常に少なく、この電子衝突を原因としたオゾン生成能力は、高濃度オゾン生成の内で極一部の量に過ぎない。 Here, an ozone generator that uses high-purity oxygen gas as a raw material gas will be examined. In such an ozone generator, the main factor of the ozone generation capacity indicated by the generated ozone concentration characteristic (two-point chain line), which is determined for the specific power value DW / Q (W · min / L), is the patent. It is considered that it is a dielectric barrier discharge (silent discharge) generated in the discharge space of the discharge cell shown in Documents 2 to 6. As shown in each patent document, the amount of oxygen atom dissociation due to electron collision in the discharge space is very small, and the ozone generation capacity caused by this electron collision is only a small part of the high-concentration ozone generation. Absent.

すなわち、総放電電力DWをオゾン発生器に供給し、放電セルの放電空間に誘電体バリア放電を発生させると、「供給された原料ガスに含まれる微量の窒素ガスの触媒作用」、または「放電セルを構成する電極面の全面に配設された光触媒機能」によって、酸素原子の解離量が多くなることから高濃度のオゾンガスを生成することができる。 That is, when the total discharge power DW is supplied to the ozone generator and a dielectric barrier discharge is generated in the discharge space of the discharge cell, "catalytic action of a trace amount of nitrogen gas contained in the supplied raw material gas" or "discharge" or "discharge". Due to the "photocatalyst function" arranged on the entire surface of the electrode surface constituting the cell, the amount of dissociation of oxygen atoms increases, so that high-concentration ozone gas can be generated.

このように、微量の窒素ガス量による酸素原子解離能力や電極面に配設した光触媒の酸素原子解離能力が、オゾンガス発生の主要因となる。 As described above, the oxygen atom dissociation ability due to a small amount of nitrogen gas and the oxygen atom dissociation ability of the photocatalyst arranged on the electrode surface are the main factors for generating ozone gas.

放電セル中で生成されるオゾン生成濃度C(g/m)は、上述した酸素原子解離能力が高いほど、式(3)で示したA(g/J)値が高くなり、放電空間で多量のオゾンガスが生産される。As for the ozone production concentration C (g / m 3 ) generated in the discharge cell, the higher the oxygen atom dissociation capacity described above, the higher the A (g / J) value represented by the equation (3), and in the discharge space. A large amount of ozone gas is produced.

また、放電セルでは、放電エネルギー(J)を注入することで、A(g/J)をパラメータとした式(3)に従うオゾン濃度のオゾンガスが生成されているが、生成されたオゾンガスは、同時に放電セル内で自己分解と放電ガスとの衝突による分解とがある。この放電セル内でのオゾンガスの自己分解と放電ガスとの衝突による分解との総和であるオゾン分解量は、取り出した雰囲気中での通常のオゾンガスの自己分解量よりも大きい。 Further, in the discharge cell, by injecting the discharge energy (J), ozone gas having an ozone concentration according to the equation (3) with A (g / J) as a parameter is generated, but the generated ozone gas is simultaneously generated. There are self-decomposition in the discharge cell and decomposition due to collision with the discharge gas. The total amount of ozone decomposition, which is the sum of the autolysis of ozone gas in the discharge cell and the decomposition due to collision with the discharge gas, is larger than the amount of normal ozone gas autolysis in the extracted atmosphere.

これは、電子衝突による酸素原子解離が放電空間内において、オゾン生成能力に対比して、大きい割合を占めることを意味する。つまり、放電プラズマ中の電子、イオン、放電ガスとの衝突による生成したオゾンを解離させ酸素に戻すオゾンガスの分解量、及び放電セル内での高濃度オゾン状態のオゾンが自己分解するオゾン分解量が、通常の大気中でのオゾンの分解量に比べ大きくなるため、放電プラズマ中におけるオゾンの分解量が無視できないことを示している。 This means that oxygen atom dissociation due to electron collision occupies a large proportion of the ozone generation capacity in the discharge space. That is, the amount of decomposition of ozone gas that dissociates ozone generated by collision with electrons, ions, and discharge gas in the discharge plasma and returns it to oxygen, and the amount of ozone decomposition that ozone in a high-concentration ozone state in the discharge cell self-decomposes. , It is shown that the amount of ozone decomposition in the discharge plasma cannot be ignored because it is larger than the amount of ozone decomposition in the normal atmosphere.

そのため、各放電セル内での生成したオゾンガスを分解する濃度Cdも、投入する総放電電力DWや総ガス流量Qに依存する要素となると考えられる。 Therefore, it is considered that the concentration Cd that decomposes the ozone gas generated in each discharge cell also depends on the total discharge power DW and the total gas flow rate Q to be input.

図15で示した従来のオゾンガス発生装置において、装置の実用環境を考慮すると、原料ガスの総ガス流量Qとして略2.4L/min以上のガス流量域を必要とし、オゾン発生器を冷却する冷却温度を5℃以上にした制約条件にすることが望ましいと想定される。なお、上記オゾン発生器を冷却する冷却温度の制約条件の上限は常温(20℃)に対し30℃程度を想定してオゾンガス発生装置が運用されている。 In the conventional ozone gas generator shown in FIG. 15, considering the practical environment of the device, a gas flow rate range of about 2.4 L / min or more is required as the total gas flow rate Q of the raw material gas, and cooling for cooling the ozone generator is required. It is assumed that it is desirable to set the temperature to 5 ° C. or higher as a constraint condition. The ozone gas generator is operated assuming that the upper limit of the cooling temperature constraint condition for cooling the ozone generator is about 30 ° C. with respect to room temperature (20 ° C.).

上記制約条件下において、高い比電力値DW/Q(500W・min/L附近)にして取出しオゾン濃度Ctを高めても、従来のオゾンガス発生装置は、400g/mを超える高濃度なオゾンガスを取出すことができなかった。In the above constraint conditions, be enhanced extraction ozone concentration Ct in the high specific power value DW / Q (500W · min / L vicinity), the conventional ozone generating apparatus, a high-concentration ozone gas of greater than 400 g / m 3 I couldn't take it out.

特許第3607890号公報Japanese Patent No. 3607890 特許第3642572号公報Japanese Patent No. 3642572 特許第4953814号公報Japanese Patent No. 4953814 特許第5069800号公報Japanese Patent No. 5069800 特許第4825314号公報Japanese Patent No. 4825314 特許第4932037号公報Japanese Patent No. 4932037

従来のオゾンガス発生装置は、既存のオゾン用電源と既存の放電セル形状のオゾン発生器とで構成されている。 The conventional ozone gas generator is composed of an existing ozone power source and an existing discharge cell-shaped ozone generator.

従来のオゾンガス発生装置では、原料ガスの総ガス流量Qが比較的大きい大ガス流量域条件で、総放電電力DWを高め、高い比電力値DW/Q(500W・min/L附近)に設定すると、各放電セルにおいて、生成するオゾン生成濃度Cに対し、オゾンガス発生装置内でのオゾンガスの分解量が大きいために、取出しオゾン濃度Ctが所定濃度以上に高めることができない状態になっている。 In the conventional ozone gas generator, if the total discharge power DW is increased and the high specific power value DW / Q (near 500 W / min / L) is set under the condition of a large gas flow rate region where the total gas flow rate Q of the raw material gas is relatively large. Since the amount of ozone gas decomposed in the ozone gas generator is larger than the ozone generation concentration C generated in each discharge cell, the extracted ozone concentration Ct cannot be increased to a predetermined concentration or higher.

このため、従来のオゾンガス発生装置では、取出しオゾン濃度Ctに限界があり、オゾンガス発生装置から取出せるオゾン濃度を大ガス流量域で。より高濃度なオゾンガスを取り出せることができないという問題点があった。 Therefore, in the conventional ozone gas generator, there is a limit to the ozone concentration Ct taken out, and the ozone concentration that can be taken out from the ozone gas generator can be set in a large gas flow rate range. There was a problem that it was not possible to extract a higher concentration of ozone gas.

特に、図15で示す特性を有する従来のオゾンガス発生装置では、大ガス流量域の比電力値DW/Qに対するオゾン濃度特性において、400g/mを超える高濃度(領域99a内の濃度)のオゾンガスを取り出せることができなかった。In particular, in the conventional ozone gas generator having the characteristics shown in FIG. 15, the ozone gas having a high concentration (concentration in the region 99a) exceeding 400 g / m 3 in the ozone concentration characteristics with respect to the specific power value DW / Q in the large gas flow rate range. Could not be taken out.

また、放電セルに関し、放電投入電力を上げ、オゾン生成量を増しても、却ってオゾンガスの分解量が大きくなり、取出せるオゾン濃度が高められない問題があった。また、取出しオゾン量Ytを高めるために、放電投入電力を上げ、放電電力密度を高めると、負荷印加電圧が高くなる問題点もあった。さらに、より高周波周波数の交流出力にすると、オゾン用電源が安定してオゾン発生用交流電圧を供給できない等、電源制御上における放電電力密度が制約を受けてしまう問題点があった。 Further, regarding the discharge cell, there is a problem that even if the discharge input power is increased and the amount of ozone generated is increased, the amount of decomposition of ozone gas is rather large and the ozone concentration that can be taken out cannot be increased. Further, if the discharge input power is increased and the discharge power density is increased in order to increase the amount of extracted ozone Yt, there is also a problem that the load applied voltage becomes high. Further, when the AC output has a higher frequency, there is a problem that the discharge power density in power supply control is restricted, for example, the ozone power supply cannot stably supply the ozone generation AC voltage.

本発明では、上記のような問題点を解決し、システム構成を必要最小限に抑えて、高濃度なオゾンを外部に出力することができるオゾンガス発生システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an ozone gas generation system capable of solving the above-mentioned problems, suppressing the system configuration to the minimum necessary, and outputting high-concentration ozone to the outside.

この発明に係るオゾンガス発生システムは、多段に積層された複数の放電セルを有するオゾン発生器と、前記オゾン発生器にオゾン発生用交流電圧を付与するオゾン用電源とを備え、前記オゾン発生器に酸素を含んだ原料ガスが供給され、前記オゾン発生器は、前記複数の放電セルの放電空間に誘電体バリア放電を発生させ、前記放電空間に供給した原料ガスからオゾンガスを生成し、該オゾンガスを外部に出力し、前記複数の放電セルはそれぞれ、平板状の第1及び第2の電極を含み、前記第2の電極に誘電体が形成され、前記第1及び第2の電極間に前記放電空間が設けられ、前記複数の放電セルは、それぞれ前記第1の電極の放電面に設けられ、前記放電空間で生成された前記オゾンガスを取り出すためのNφ個のオゾンガス取出口と、前記第1の電極の内部に設けられ、前記Nφ個のオゾンガス取出口それぞれに繋がり、前記Nφ個のオゾンガス取出口から取り出された前記オゾンガスを集約して外部に出力するオゾンガス取出経路とを有し、前記オゾン発生器は以下の条件(a)及び条件(b)を満足することを特徴とする。条件(a)及び条件(b)は以下の通りです。条件(a) 前記複数の放電セルは、それぞれ放電面の放電面積stを分割数Nφで除算した分割面積dsoが、30cm以上、160cm未満の範囲に設定される、条件(b) 前記放電空間における放電ギャップ長が80μm未満に設定される。The ozone gas generation system according to the present invention includes an ozone generator having a plurality of discharge cells stacked in multiple stages, and an ozone power source that applies an AC voltage for ozone generation to the ozone generator. A raw material gas containing oxygen is supplied, and the ozone generator generates a dielectric barrier discharge in the discharge spaces of the plurality of discharge cells, generates ozone gas from the raw material gas supplied to the discharge spaces, and generates the ozone gas. Output to the outside, the plurality of discharge cells each include flat plate-shaped first and second electrodes, a dielectric is formed on the second electrode, and the discharge is performed between the first and second electrodes. Spaces are provided, and the plurality of discharge cells are each provided on the discharge surface of the first electrode, and Nφ ozone gas outlets for taking out the ozone gas generated in the discharge space, and the first It has an ozone gas extraction path provided inside the electrode, connected to each of the Nφ ozone gas outlets, and aggregates the ozone gas taken out from the Nφ ozone gas outlets and outputs the ozone gas to the outside, and generates the ozone. The vessel is characterized by satisfying the following conditions (a) and (b). Condition (a) and condition (b) are as follows. Condition (a) In each of the plurality of discharge cells, the division area dso obtained by dividing the discharge area st of the discharge surface by the number of divisions Nφ is set in the range of 30 cm 2 or more and less than 160 cm 2. Condition (b) The discharge. The discharge gap length in space is set to less than 80 μm.

請求項1記載の本願発明のオゾンガス発生システムは、上述した条件(a)及び条件(b)を満足することにより、Nφ個の仮想放電セルそれぞれの放電面の放電面積が30cm以上、160cm未満の範囲に設定される状態を実現することができる。Ozone gas generating system of the present invention according to claim 1, by satisfying the above conditions (a) and the condition (b), the discharge area of the discharge surface of each Nφ number of virtual discharge cells 30 cm 2 or more, 160cm 2 It is possible to realize a state set in the range of less than.

したがって、請求項1記載の本願発明のオゾンガス発生システムは、上述した条件(a)及び条件(b)を満足させ、かつ、各放電セルの放電面に供給する原料ガス流量と放電電力とを可能な範囲で最大に設定して、取出しオゾン量を最大限に高めることにより、高濃度なオゾンガスを取り出せる条件を作りだせる。 Therefore, the ozone gas generation system of the present invention according to claim 1 satisfies the above-mentioned conditions (a) and (b), and enables the raw material gas flow rate and the discharge power to be supplied to the discharge surface of each discharge cell. By setting the maximum in the range and maximizing the amount of ozone taken out, it is possible to create conditions that allow high-concentration ozone gas to be taken out.

さらに、請求項1記載の本願発明のオゾンガス発生システムは、条件(a)を満足すればよいため、複数の放電セルそれぞれの放電面積stを分割面積dsoのNφ倍に設定することができる。 Further, since the ozone gas generation system of the present invention according to claim 1 only needs to satisfy the condition (a), the discharge area st of each of the plurality of discharge cells can be set to Nφ times the divided area dso.

その結果、請求項1記載の本願発明は、多段に積層された複数の放電セルにおける積層数を少なくして、オゾン発生器300内に設ける、複数の放電セルに要する部品点数を削減することができる。 As a result, according to the first aspect of the present invention, the number of layers in the plurality of discharge cells stacked in multiple stages can be reduced, and the number of parts required for the plurality of discharge cells provided in the ozone generator 300 can be reduced. it can.

この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。 Objectives, features, aspects, and advantages of the present invention will become more apparent with the following detailed description and accompanying drawings.

この発明の実施の形態1であるオゾンガス発生システムの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the ozone gas generation system which is Embodiment 1 of this invention. 図1で示したオゾン発生器の放電セルにおける放電面の構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the discharge surface in the discharge cell of the ozone generator shown in FIG. Aタイプ〜Cタイプ放電セル形状それぞれのオゾン発生器のガス滞在時間Toに対する総オゾン分解量Ydの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the total ozone decomposition amount Yd with respect to the gas residence time To of each ozone generator of A type to C type discharge cell shapes. Aタイプ〜Cタイプ放電セル形状それぞれのオゾン発生器の比電力値DW/Qに対する取出しオゾン濃度Ctの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the extraction ozone concentration Ct with respect to the specific power value DW / Q of the ozone generator of each A type to C type discharge cell shape. Aタイプ〜Cタイプ放電セル形状それぞれのオゾン発生器の原料ガスの総ガス流量Qに対する取出しオゾン濃度Ctの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the extraction ozone concentration Ct with respect to the total gas flow rate Q of the raw material gas of each ozone generator of A type to C type discharge cell shapes. オゾン用電源の動作周波数fに対するAタイプ〜Cタイプ放電セル形状それぞれのオゾン発生器に印加される負荷ピーク電圧Vpの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the load peak voltage Vp applied to each ozone generator of A type to C type discharge cell shape with respect to the operating frequency f of the power source for ozone. 実施の形態2の第1の態様である接地冷却電極の平面構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the plane structure of the ground cooling electrode which is 1st aspect of Embodiment 2. 実施の形態2の第1の態様である誘電体電極の平面構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the plane structure of the dielectric electrode which is 1st aspect of Embodiment 2. 実施の形態2の第2の態様である接地冷却電極の平面構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the plane structure of the ground cooling electrode which is the 2nd aspect of Embodiment 2. 実施の形態2の第2の態様である誘電体電極の平面構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the plane structure of the dielectric electrode which is the 2nd aspect of Embodiment 2. 実施の形態2の第3の態様である接地冷却電極の平面構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the plane structure of the ground cooling electrode which is the 3rd aspect of Embodiment 2. 実施の形態2の第3の態様である誘電体電極の平面構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the plane structure of the dielectric electrode which is the 3rd aspect of Embodiment 2. 実施の形態2の第4の態様である接地冷却電極の平面構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the plane structure of the ground cooling electrode which is the 4th aspect of Embodiment 2. 実施の形態2の第4の態様である誘電体電極の平面構造を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the plane structure of the dielectric electrode which is the 4th aspect of Embodiment 2. 従来のオゾン発生装置における比電力値DW/Qに対する取出しオゾン濃度Ctの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the extracted ozone concentration Ct with respect to the specific power value DW / Q in the conventional ozone generator.

<実施の形態1>
(原理及び概要)
図1はこの発明の実施の形態1であるオゾンガス発生システムの構成を示す説明図である。同図に示すように、実施の形態1のオゾンガス発生システム1000は、平板電極(1,3a,3b)に誘電体を介し配置した放電セル(S1及びS2の組合せ)を有するオゾン発生器200と、オゾン発生器200にオゾン発生用交流電圧を付与するオゾン用電源100とを備えている。
<Embodiment 1>
(Principle and outline)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an ozone gas generation system according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the ozone gas generation system 1000 of the first embodiment has an ozone generator 200 having a discharge cell (combination of S1 and S2) arranged on a flat plate electrode (1,3a, 3b) via a dielectric. The ozone generator 200 is provided with an ozone power source 100 that applies an AC voltage for ozone generation.

そして、オゾン発生器200内の放電セル(S1,S2)の放電空間に誘電体バリア放電を発生させ、この放電空間に供給した酸素ガスを含む原料ガスからオゾンガスを生成し、オゾンガスを外部に取り出している。 Then, a dielectric barrier discharge is generated in the discharge space of the discharge cells (S1 and S2) in the ozone generator 200, ozone gas is generated from the raw material gas containing oxygen gas supplied to this discharge space, and the ozone gas is taken out to the outside. ing.

オゾンガス発生システム1000において、1単位の放電セル当たり1つの放電空間(1対の放電面によって形成される空間)と1つのオゾンガス取り出し口を有するように構成されている。以下、放電空間を構成する1対の放電面を「1単位の放電面」あるいは「1放電面」と称する場合がある。また、1単位の放電セルに供給する放電電力dw(W)、放電面積so(cm)、原料ガス流量qo(L/min)等は、1単位の放電セル当たりのオゾンガス発生に関するパラメータ記号として小文字で示す。The ozone gas generation system 1000 is configured to have one discharge space (a space formed by a pair of discharge surfaces) and one ozone gas outlet per unit of discharge cells. Hereinafter, the pair of discharge surfaces constituting the discharge space may be referred to as "one unit discharge surface" or "one discharge surface". Further, the discharge power dw (W), the discharge area so (cm 2 ), the raw material gas flow rate qo (L / min), etc. supplied to one unit of the discharge cell are used as parameter symbols related to the generation of ozone gas per unit of the discharge cell. Shown in lowercase.

一方、オゾン発生器200内の複数の放電セル全体に供給する総放電電力DW(W)、総放電面積S(cm)、原料ガスの総ガス流量Q(L/min)等は、オゾン発生器200のパラメータ記号として大文字表記で示す。なお、1単位の放電セルやオゾン発生器の違いによって、パラメータ値が変化しない記号については、原則として大文字表記で説明する。On the other hand, the total discharge power DW (W), the total discharge area S (cm 2 ), the total gas flow rate Q (L / min) of the raw material gas, etc. supplied to the entire plurality of discharge cells in the ozone generator 200 generate ozone. It is shown in capital notation as a parameter symbol of the vessel 200. In principle, symbols whose parameter values do not change due to differences in one unit of discharge cell or ozone generator will be described in capital letters.

オゾン発生器200の取出しオゾン濃度Ctを最大にする条件を求めるべく、1単位の放電セルにおいて、放電空間の放電形状に関わる放電面積soと、1単位の放電空間(放電面)に投入できる放電電力密度Jと、1単位の放電空間に流す原料ガス流量qoとの最適化を検討する。 In order to obtain the condition for maximizing the extraction ozone concentration Ct of the ozone generator 200, in one unit of the discharge cell, the discharge area so related to the discharge shape of the discharge space and the discharge that can be charged into the one unit of the discharge space (discharge surface). The optimization of the power density J and the raw material gas flow rate qo flowing through one unit of the discharge space will be examined.

ちなみに、オゾンガス発生システム1000での放電セルの放電空間の放電ギャップ長dの範囲は数十μm以上から数百μm未満のオゾン発生器に適用する。特に、放電ギャップ長dは20μm〜100μmの範囲において、その効果がより高められるからである。 Incidentally, the range of the discharge gap length d of the discharge space of the discharge cell in the ozone gas generation system 1000 is applied to an ozone generator of several tens of μm or more and less than several hundred μm. In particular, the discharge gap length d is more effective in the range of 20 μm to 100 μm.

放電面積so(cm)を所定面積範囲内に設定し、適用する放電ギャップ長dの範囲に設定したオゾン発生器おいて、特に、より高濃度のオゾンガスを取り出せる条件としては、1単位の放電セル内に流れる平均ガス流速vo/dを略(1.6/d)cm/s未満の範囲内になるようにする。In an ozone generator in which the discharge area so (cm 2 ) is set within a predetermined area range and the discharge gap length d is set to be applied, one unit of discharge is particularly provided as a condition for extracting higher concentration ozone gas. The average gas flow velocity vo / d flowing in the cell should be within a range of less than approximately (1.6 / d) cm / s.

さらに、1単位の放電セル(1放電面)に供給する原料ガス流量qoを略0.25L/min未満にしている。このため、オゾンガス発生システム1000の比電力値dw/qoを高く設定しても、1単位の放電セル内でのオゾンガス生成量y(=C・qo)に対し、オゾンガスの衝突によるオゾン分解と生成したオゾン自身の自己分解とを合わせた総オゾン分解量ydを低く抑えることができ、高濃度なオゾンガスを1単位の放電セルから取出せることができる。 Further, the flow rate qo of the raw material gas supplied to one unit of the discharge cell (one discharge surface) is set to less than about 0.25 L / min. Therefore, even if the specific power value dw / qo of the ozone gas generation system 1000 is set high, ozone decomposition and generation due to collision of ozone gas with respect to the ozone gas production amount y (= C · qo) in one unit of the discharge cell. The total amount of ozone decomposition yd, which is combined with the self-decomposition of ozone itself, can be suppressed to a low level, and high-concentration ozone gas can be taken out from one unit of the discharge cell.

また、1単位の放電セルに供給する放電電力密度が2.5W/cm〜6W/cm範囲内となるように、放電電力dw(W)とすることで、1単位の放電セルにおけるオゾンガス生成量y(=C・qo)に対し、オゾンガスの衝突によるオゾン分解と生成したオゾン自身の自己分解とを合わせた総オゾン分解量ydを低く抑えることができる。その結果、放電セルから効率良く、オゾンガスの取出しオゾン量ytを最大限に溜めることができる。Also, as discharge power density supplied to the discharge cells of one unit is 2.5W / cm 2 ~6W / cm 2 range, by the discharge power dw (W), the ozone gas in a unit discharge cell The total ozone decomposition amount yd, which is the sum of the ozone decomposition due to the collision of ozone gas and the self-decomposition of the generated ozone itself, can be suppressed with respect to the production amount y (= C · qo). As a result, the ozone gas taken out from the discharge cell and the ozone amount yy can be stored to the maximum.

さらに、オゾンガス発生システム1000は、各々が1放電面(1つの放電空間)を有する放電セルS1,S2をn段積層してオゾン発生器200を構成している。したがって、放電面(放電空間)は2n個になり、オゾンガス発生システム1000は、2n倍の総放電電力DW(=2・n・dw)[W]を供給するオゾン用電源100と2n倍の総放電面積S(=2・n・so)[cm]と2n倍の原料ガス流量Q(=2・n・qo)[L/min]を達成している。このため、オゾンガス発生システム1000は、高濃度な取出しオゾン濃度Ctをオゾン発生器200から得るとともに、供給するガス流量Qに対し、オゾンガスの取出しオゾン量Ytを最大限に高めることができる。Further, the ozone gas generation system 1000 constitutes an ozone generator 200 by stacking n stages of discharge cells S1 and S2, each of which has one discharge surface (one discharge space). Therefore, the number of discharge surfaces (discharge spaces) is 2n, and the ozone gas generation system 1000 is 2n times as much as the ozone power source 100 that supplies 2n times the total discharge power DW (= 2 ・ n ・ dw) [W]. The discharge area S (= 2 · n · so) [cm 2 ] and the raw material gas flow rate Q (= 2 · n · qo) [L / min] 2n times are achieved. Therefore, the ozone gas generation system 1000 can obtain a high-concentration extracted ozone concentration Ct from the ozone generator 200, and can maximize the amount of ozone gas extracted ozone Yt with respect to the supplied gas flow rate Q.

また、オゾン用電源100から出力する高周波・高電圧のオゾン発生用交流電圧の出力周波数を20kHz〜50kHz範囲内で、従来の出力周波数である20kHz以下に比べ高めている。このため、オゾン用電源100は、オゾン発生器200に印加するオゾン発生用交流電圧のピーク電圧値を7kVp以下にして、総放電電力DWをオゾン発生器200に供給することができる。 Further, the output frequency of the high-frequency / high-voltage AC voltage for ozone generation output from the ozone power supply 100 is increased in the range of 20 kHz to 50 kHz as compared with the conventional output frequency of 20 kHz or less. Therefore, the ozone power supply 100 can supply the total discharge power DW to the ozone generator 200 by setting the peak voltage value of the ozone generation AC voltage applied to the ozone generator 200 to 7 kVp or less.

また、放電セル(基本セルS1,S2)の放電面を平面視して円状で構成し、放電面の直径(外径)を小さくすることで、放電セルの放電空間を原料ガスが通過する時間であるガス滞在時間To[ms]を短縮させている。 Further, the discharge surface of the discharge cell (basic cells S1 and S2) is formed in a circular shape in a plan view, and the diameter (outer diameter) of the discharge surface is reduced so that the raw material gas passes through the discharge space of the discharge cell. The gas stay time To [ms], which is the time, is shortened.

さらに、放電セルに流れる平均ガス流速vo/dを略0.035/d[cm/s]未満に抑えることで、放電セルで生成するオゾン生成量に対する供給するガス量も抑えられ、放電セル内において高いオゾン生成濃度Cを確保して、かつ、オゾンガスの衝突によるオゾン分解と生成したオゾン自身の自己分解とを合わせた分解量Ydを低く抑えている。その結果、オゾン発生器200から取出せる取出しオゾン濃度Ctを高めることができる。 Furthermore, by suppressing the average gas flow velocity vo / d flowing through the discharge cell to less than approximately 0.035 / d [cm / s], the amount of gas supplied with respect to the amount of ozone generated in the discharge cell can also be suppressed, and the amount of gas supplied in the discharge cell can be suppressed. In, a high ozone generation concentration C is secured, and the decomposition amount Yd, which is the sum of ozone decomposition due to collision of ozone gas and self-decomposition of the generated ozone itself, is suppressed to a low level. As a result, the extraction ozone concentration Ct that can be extracted from the ozone generator 200 can be increased.

さらに、オゾン用電源100を構成する高周波・高電圧トランスとして機能する並列共振用トランス25の内部励磁インダクタンス値Ltと多段積層された複数の放電セルで構成したオゾン発生器200自身の静電容量値C0とにより、並列共振できる動作周波数域に合わせた高周波を出力制御するオゾン用電源100を構成している。 Further, the internal excitation inductance value Lt of the parallel resonance transformer 25 functioning as a high-frequency / high-voltage transformer constituting the ozone power supply 100 and the capacitance value of the ozone generator 200 itself composed of a plurality of discharge cells stacked in multiple stages. Together with C0, the ozone power supply 100 is configured to output and control a high frequency that matches the operating frequency range in which parallel resonance is possible.

その結果、オゾン用電源100は、昇圧用トランスである並列共振用トランス25の出力部において並列共振回路を形成したオゾン用電源となり、より安定化したオゾン発生用交流電圧をオゾン発生器200に供給することができる。 As a result, the ozone power supply 100 becomes an ozone power supply in which a parallel resonance circuit is formed in the output portion of the parallel resonance transformer 25, which is a step-up transformer, and supplies a more stable ozone generation AC voltage to the ozone generator 200. can do.

(全体構成)
この発明による実施の形態1であるオゾンガス発生システムの構成及び特徴を図1〜図6を参照して説明する。
(overall structure)
The configuration and features of the ozone gas generation system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.

図1はこの発明の実施の形態1であるオゾンガス発生システム1000の構成を示す説明図である。図1に示すように、実施の形態1のオゾンガス発生システム1000は、オゾンガスを生成するオゾン発生器200とオゾン発生器200に総放電電力DW用のオゾン発生用交流電圧を付与するオゾン用電源100とを主要構成部として含んでいる。 FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an ozone gas generation system 1000 according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the ozone gas generation system 1000 of the first embodiment is an ozone power supply 100 that applies an ozone generation AC voltage for the total discharge power DW to the ozone generator 200 and the ozone generator 200 that generate ozone gas. Is included as the main component.

実施の形態1のオゾンガス発生システム1000は、半導体製造装置や洗浄装置等の他の装置と共に併設されることが多い。特に、高純度のオゾンガスが求められ、かつ、処理速度を高めることや処理能力をより高めることが要求されている。したがって、オゾンガス発生システム1000は、既存の装置で得られるオゾン濃度より高濃度なオゾンガスが取出せることや供給するガス流量Qに対し、取出しオゾン量Ytが大きくなるシステムが望ましい。 The ozone gas generation system 1000 of the first embodiment is often installed together with other devices such as a semiconductor manufacturing device and a cleaning device. In particular, high-purity ozone gas is required, and it is required to increase the processing speed and the processing capacity. Therefore, it is desirable that the ozone gas generation system 1000 can take out ozone gas having a concentration higher than the ozone concentration obtained by the existing device, and the taken out ozone amount Yt is larger than the gas flow rate Q to be supplied.

図2は図1で示したオゾン発生器200の放電セルにおける放電面の構造を示す説明図である。図1及び図2において、オゾンガス発生システム1000は、オゾンガスを発生させるオゾン発生器200と、このオゾン発生器200に総放電電力DW用のオゾン発生用交流電圧を供給するオゾン用電源100から構成されている。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing the structure of the discharge surface in the discharge cell of the ozone generator 200 shown in FIG. In FIGS. 1 and 2, the ozone gas generation system 1000 includes an ozone generator 200 that generates ozone gas, and an ozone power supply 100 that supplies the ozone generator 200 with an AC voltage for ozone generation for total discharge power DW. ing.

オゾン用電源100は、AC−DCコンバータ回路部21、インバータ回路部22、限流リアクトル23、電源制御回路24及び並列共振用トランス25を主要構成として含んでいる。 The ozone power supply 100 includes an AC-DC converter circuit unit 21, an inverter circuit unit 22, a current limiting reactor 23, a power supply control circuit 24, and a parallel resonance transformer 25 as main configurations.

インバータ部であるインバータ回路部22は、AC−DCコンバータ回路部21を介して商用電源から入力された電力(電圧)を受け、この電圧を必要な高周波交流に変換して得られる高周波交流電圧を、限流リアクトル23を介して並列共振用トランス25に出力する。なお、インバータ回路部22による高周波交流電圧の出力周波数fを20kHz〜50kHz範囲内としている。すなわち、オゾン用電源100の動作周波数fは20kHz〜50kHzの範囲内となる。 The inverter circuit unit 22, which is an inverter unit, receives electric power (voltage) input from a commercial power source via the AC-DC converter circuit unit 21 and converts this voltage into a required high-frequency AC to obtain a high-frequency AC voltage. , Output to the parallel resonance transformer 25 via the current limiting reactor 23. The output frequency f of the high-frequency AC voltage by the inverter circuit unit 22 is set within the range of 20 kHz to 50 kHz. That is, the operating frequency f of the ozone power supply 100 is in the range of 20 kHz to 50 kHz.

なお、本願明細書において、「AA〜BB」で示す範囲は、原則、AA以上BB未満を示す。 In the specification of the present application, the range indicated by "AA to BB" indicates, in principle, AA or more and less than BB.

昇圧用トランスである並列共振用トランス25は、上記高周波交流電圧を高電圧に昇圧してオゾン発生用交流電圧を得て、このオゾン発生用交流電圧をオゾン発生器200の高電圧端子HV及び低電圧端子LV間に供給している。 The parallel resonance transformer 25, which is a step-up transformer, boosts the high-frequency AC voltage to a high voltage to obtain an AC voltage for ozone generation, and uses this AC voltage for ozone generation as the high voltage terminal HV of the ozone generator 200 and a low voltage. It is supplied between the voltage terminals LV.

オゾン発生用交流電圧によってオゾン発生器200に供給する総放電電力DWが規定される。さらに、並列共振用トランス25は、後に詳述するように、負荷の力率を改善する措置がなされている。 The total discharge power DW supplied to the ozone generator 200 by the ozone generating AC voltage is defined. Further, the parallel resonance transformer 25 is provided with measures for improving the power factor of the load, as will be described in detail later.

高電圧端子HVは、オゾン発生器200内の各放電セルの高圧電極3a、及び3bに電気的に接続されている。低電圧端子LVは、オゾン発生器200内の接地冷却電極1に電気的に接続されている。 The high voltage terminal HV is electrically connected to the high voltage electrodes 3a and 3b of each discharge cell in the ozone generator 200. The low voltage terminal LV is electrically connected to the ground cooling electrode 1 in the ozone generator 200.

電源制御回路24によってAC−DCコンバータ回路部21及び高周波インバータを含むインバータ回路部22の電流/電圧を制御することにより、オゾン発生器200に供給するオゾン発生用交流電圧の電圧値を制御することができる。 By controlling the current / voltage of the AC-DC converter circuit unit 21 and the inverter circuit unit 22 including the high-frequency inverter by the power supply control circuit 24, the voltage value of the AC voltage for ozone generation supplied to the ozone generator 200 is controlled. Can be done.

オゾン発生器200は、各々が基本放電面を有する複数の基本セルS1,S2が積層されて構成されている。1対の基本セルS1及びS2を基本構成としている。以下、この基本構成を「基本放電セル組」と称する。基本放電セル組は、接地冷却電極1及び誘電体電極2a、2b、高圧電極3a、3b、及び絶縁板4a、4bから構成される。 The ozone generator 200 is configured by stacking a plurality of basic cells S1 and S2, each of which has a basic discharge surface. The basic configuration is a pair of basic cells S1 and S2. Hereinafter, this basic configuration will be referred to as a "basic discharge cell set". The basic discharge cell set is composed of a ground cooling electrode 1, dielectric electrodes 2a and 2b, high pressure electrodes 3a and 3b, and insulating plates 4a and 4b.

基本セルS1は、下方から上方に向かう、接地冷却電極1、誘電体電極2a、高圧電極3a、絶縁板4aの積層構造を含んで構成される。 The basic cell S1 includes a laminated structure of a ground cooling electrode 1, a dielectric electrode 2a, a high voltage electrode 3a, and an insulating plate 4a, which are directed from the bottom to the top.

基本セルS2は、上方から下方に向かう、接地冷却電極1、誘電体電極2b、高圧電極3b、絶縁板4bの積層構造を含んで構成される。基本セルS1,S2間で接地冷却電極1は共用される。 The basic cell S2 includes a laminated structure of a ground cooling electrode 1, a dielectric electrode 2b, a high voltage electrode 3b, and an insulating plate 4b, which are directed from above to below. The ground cooling electrode 1 is shared between the basic cells S1 and S2.

そして、基本セルS1の上方及び基本セルS2の下方に低圧冷却板5が設けられる。このような構成の1対の基本セルS1,S2からなる基本放電セル組が多段に積層される。なお、1単位の基本セルは、それぞれ放電空間を形成するための1対の放電面を有する。すなわち、基本セルS1及びS2からなる基本放電セル組を6段積層した場合、1単位の基本セルが12個積層されたことになる。 Then, the low-pressure cooling plate 5 is provided above the basic cell S1 and below the basic cell S2. A set of basic discharge cells composed of a pair of basic cells S1 and S2 having such a configuration is stacked in multiple stages. Each unit of basic cell has a pair of discharge surfaces for forming a discharge space. That is, when the basic discharge cell set consisting of the basic cells S1 and S2 is stacked in 6 stages, 12 basic cells of 1 unit are stacked.

基本セルS1及びS2の構造の詳細については後述する。所定数の基本放電セル組が基台10上に図1の上下方向に積層されて、オゾン発生器200の主要部となっている。 The details of the structures of the basic cells S1 and S2 will be described later. A predetermined number of basic discharge cell sets are stacked on the base 10 in the vertical direction of FIG. 1 to form the main part of the ozone generator 200.

積層された複数の放電セル(複数組の基本放電セル組)は、最上部の基本セル(基本セルS1)上に重ねて設けられた積層押え板7と、積層押え板7及び各基本セルS1,S2を貫通する積層セル押え棒8によって、積層セル押えばね6を介して所定の締め付け力で基台10に締着されている。 The plurality of stacked discharge cells (plural sets of basic discharge cell sets) are a laminated pressing plate 7 provided on top of the uppermost basic cell (basic cell S1), a laminated pressing plate 7, and each basic cell S1. , The laminated cell pressing rod 8 penetrating S2 is fastened to the base 10 with a predetermined tightening force via the laminated cell pressing spring 6.

複数の放電セル全体が発生器カバー11で覆われている。発生器カバー11は一面を削除した概略の箱状を成し開口周縁部に設けられたフランジをカバー締付けボルト(図示せず)で基台10に締着されている。発生器カバー11の開口周縁部と基台10との間には、Oリング(図示せず)が挟まれており発生器カバー11と基台10とが形成する内部空間は密閉構造とされている。 The entire plurality of discharge cells are covered with the generator cover 11. The generator cover 11 has a substantially box shape with one side removed, and a flange provided on the peripheral edge of the opening is fastened to the base 10 with a cover tightening bolt (not shown). An O-ring (not shown) is sandwiched between the opening peripheral edge of the generator cover 11 and the base 10, and the internal space formed by the generator cover 11 and the base 10 has a closed structure. There is.

基台10には、この内部空間に、高純度酸素ガス等の原料ガスを供給する原料ガス入口31が設けられている。原料ガス入口31から供給された原料ガスGINは、発生器カバー11内の内部空間に充満され、複数の放電セルの放電空間の間隙に入り込む。The base 10 is provided with a raw material gas inlet 31 for supplying a raw material gas such as high-purity oxygen gas in the internal space. The raw material gas G IN supplied from the raw material gas inlet 31 fills the internal space inside the generator cover 11 and enters the gaps between the discharge spaces of the plurality of discharge cells.

基台10には、放電空間にて生成されたオゾンガスをオゾン発生器200からマニホールドブロック9を介して外部に出すオゾンガス出口32と放電セルを冷却する冷却水が出入りする冷却水出入口(図示せず)が設けられている。 The base 10 has an ozone gas outlet 32 that emits ozone gas generated in the discharge space from the ozone generator 200 to the outside via the manifold block 9, and a cooling water inlet / outlet for entering / exiting cooling water that cools the discharge cell (not shown). ) Is provided.

つまり、オゾンガスGOUTを外部に出力するためのオゾンガス出口32は、基台10に設けられたオゾンガス通路の端部開口であり、冷却水出入口は基台10内に設けられた冷却水通路に繋がる(図示省略)。なお、基台10内に設けられた冷却水通路とオゾンガス通路とは互いに独立した通路で形成している。That is, the ozone gas outlet 32 for outputting the ozone gas G OUT to the outside is an opening at the end of the ozone gas passage provided in the base 10, and the cooling water inlet / outlet is connected to the cooling water passage provided in the base 10. (Not shown). The cooling water passage and the ozone gas passage provided in the base 10 are formed by independent passages.

このような構成のオゾンガス発生システム1000において、取出しオゾン量Ytをより高めるために、オゾン発生器200内の複数の放電セルの放電面(総放電面積S)に投入する放電電力DW対する比である放電電力密度J(=DW/S)を規定する。さらに、取出しオゾン濃度Ctを高められる条件に設定するために、1単位の放電セル(基本セルS1あるいはS2)に供給する平均ガス流速vo/dを規定するように、1単位の基本セルの放電面の径を小さくする。このように小さくすることで、1放電セル(基本セル)におけるオゾン分解量ydを低く抑え、高濃度なオゾンガスを取り出せるようにしている。また、基本放電セル組(基本セルS1,S2の組合せ)が積層数n(≧2)で積層された多段積層セル構造で供給ガスを分散させることで、原料ガス流量qoの2n倍の原料ガスの総ガス流量Q(=2・n・qo)が供給できるようにしている。 In the ozone gas generation system 1000 having such a configuration, it is a ratio to the discharge power DW to be input to the discharge surface (total discharge area S) of a plurality of discharge cells in the ozone generator 200 in order to further increase the amount of ozone taken out Yt. The discharge power density J (= DW / S) is specified. Further, in order to set the condition in which the extraction ozone concentration Ct can be increased, the discharge of one unit of the basic cell is defined so as to specify the average gas flow velocity vo / d supplied to the one unit of the discharge cell (basic cell S1 or S2). Reduce the surface diameter. By making it small in this way, the amount of ozone decomposition yd in one discharge cell (basic cell) is suppressed to a low level, and high-concentration ozone gas can be taken out. Further, by dispersing the supply gas in a multi-stage laminated cell structure in which the basic discharge cell set (combination of the basic cells S1 and S2) is laminated with the number of stacks n (≧ 2), the raw material gas is 2n times the raw material gas flow rate qo. The total gas flow rate Q (= 2 ・ n ・ qo) can be supplied.

また、オゾン発生器200内の各放電セルに投入できる放電電力密度J(=DW/S)を上昇させた場合、所望の総放電電力DWを供給すると、負荷印加電圧Vdが高くなる。この負荷印加電圧Vdを低く抑制して、所望の総放電電力DWを供給して、取出しオゾン量Ytを最大限に確保する目的で、オゾン用電源100の出力周波数を20〜50kHzまで高めている。なお、負荷印加電圧Vdはオゾン用電源100から出力するオゾン発生用交流電圧の実効値を示している。 Further, when the discharge power density J (= DW / S) that can be applied to each discharge cell in the ozone generator 200 is increased, the load applied voltage Vd becomes high when the desired total discharge power DW is supplied. The output frequency of the ozone power supply 100 is increased to 20 to 50 kHz for the purpose of suppressing the load applied voltage Vd to a low level, supplying the desired total discharge power DW, and ensuring the maximum amount of extracted ozone Yt. .. The load applied voltage Vd indicates the effective value of the ozone generating AC voltage output from the ozone power supply 100.

さらに、オゾン用電源100内において、並列共振用トランス25の内部励磁インダクタンス値Ltと多段に積層された複数の放電セルを含んで構成したオゾン発生器200自身の静電容量値C0とにより、並列共振できる出力周波数の高周波交流電圧をインバータ回路部22から出力させている。 Further, in the ozone power supply 100, the internal excitation inductance value Lt of the parallel resonance transformer 25 and the capacitance value C0 of the ozone generator 200 itself configured to include a plurality of discharge cells stacked in multiple stages are used in parallel. A high-frequency AC voltage having an output frequency that can resonate is output from the inverter circuit unit 22.

具体的には、オゾン用電源100は、以下の式(5)を満足する並列共振周波数fcの近傍に動作周波数fを設定している。 Specifically, the ozone power supply 100 sets the operating frequency f in the vicinity of the parallel resonance frequency fc that satisfies the following equation (5).

fc=1/(2π・(Lt・C0)0.5)…(5)
その結果、オゾン用電源100は、並列共振用トランス25の出力側に並列共振回路を形成したオゾン用電源となり、より安定化したオゾン発生用交流電圧をオゾン発生器200に供給できる。
fc = 1 / (2π ・ (Lt ・ C0) 0.5 )… (5)
As a result, the ozone power supply 100 becomes an ozone power supply in which a parallel resonance circuit is formed on the output side of the parallel resonance transformer 25, and a more stable ozone generation AC voltage can be supplied to the ozone generator 200.

図1及び図2に示すように、平面視して接地冷却電極1の周辺端部と一部重複して、複数の放電セル(S1,S2)の積層方向に延びるマニホールドブロック9を有している。 As shown in FIGS. 1 and 2, a manifold block 9 extending in the stacking direction of a plurality of discharge cells (S1 and S2) is provided so as to partially overlap the peripheral end of the ground cooling electrode 1 in a plan view. There is.

接地冷却電極1は、平面視して円状の上面及び下面を放電面として有している。すなわち、接地冷却電極1の上面が基本セルS1の放電面となり、接地冷却電極1の下面が基本セルS2の放電面となる。このように、基本セルS1は接地冷却電極1の上面と、誘電体電極2aの下面とを1対の放電面として、1対の放電面間に放電空間を形成している。同様に、基本セルS2は接地冷却電極1の下面と誘電体電極2bの上面とを1対の放電面として、1対の放電面間に放電空間を形成している。これら2つの放電空間に発生したオゾンガスを取り出すための開口部15を設けている。また、基本放電セルS1及びS2の両面を冷却するために、接地冷却電極1の内部に冷却水経路(図示せず)を有している。 The ground cooling electrode 1 has a circular upper surface and a lower surface as discharge surfaces in a plan view. That is, the upper surface of the ground cooling electrode 1 serves as the discharge surface of the basic cell S1, and the lower surface of the ground cooling electrode 1 serves as the discharge surface of the basic cell S2. As described above, in the basic cell S1, a discharge space is formed between the pair of discharge surfaces by using the upper surface of the ground cooling electrode 1 and the lower surface of the dielectric electrode 2a as a pair of discharge surfaces. Similarly, in the basic cell S2, the lower surface of the ground cooling electrode 1 and the upper surface of the dielectric electrode 2b are used as a pair of discharge surfaces, and a discharge space is formed between the pair of discharge surfaces. An opening 15 for taking out the ozone gas generated in these two discharge spaces is provided. Further, in order to cool both sides of the basic discharge cells S1 and S2, a cooling water path (not shown) is provided inside the ground cooling electrode 1.

開口部15は接地冷却電極1の内部に設けられた出力経路17を介してマニホールドブロック9のオゾンガス出力経路92に繋がっている。一方、マニホールドブロック9に設けられた冷却水出力経路91及び冷却水入力経路93は、接地冷却電極1の内部に設けられた上記冷却水経路と接続されている。 The opening 15 is connected to the ozone gas output path 92 of the manifold block 9 via an output path 17 provided inside the ground cooling electrode 1. On the other hand, the cooling water output path 91 and the cooling water input path 93 provided in the manifold block 9 are connected to the cooling water path provided inside the ground cooling electrode 1.

このように、基台10に設けられた冷却水経路と、マニホールドブロック9に設けられた冷却水出力経路91及び冷却水入力経路93と、接地冷却電極1に設けられた冷却水経路とを含んで、オゾン発生器200の複数の放電セルを冷却する冷却機構が構成される。 As described above, the cooling water path provided on the base 10, the cooling water output path 91 and the cooling water input path 93 provided on the manifold block 9, and the cooling water path provided on the ground cooling electrode 1 are included. A cooling mechanism for cooling a plurality of discharge cells of the ozone generator 200 is configured.

また、接地冷却電極1の上面及び下面それぞれ上に、放電ギャップ長d(mm)を構成するための放電スペーサ13が複数個設けられ、複数の放電スペーサ13を介して誘電体電極2a及び2b並びに高圧電極3a及び3bを重ね合わせる。その結果、接地冷却電極1,高圧電極3a(誘電体電極2a)間、及び、接地冷却電極1,高圧電極3b(誘電体電極2b)間それぞれに放電ギャップ長dの放電空間を形成することができる。 Further, a plurality of discharge spacers 13 for forming a discharge gap length d (mm) are provided on the upper surface and the lower surface of the ground cooling electrode 1, and the dielectric electrodes 2a and 2b and the dielectric electrodes 2a and 2b are provided through the plurality of discharge spacers 13. The high voltage electrodes 3a and 3b are overlapped. As a result, a discharge space having a discharge gap length d can be formed between the ground cooling electrode 1 and the high pressure electrode 3a (dielectric electrode 2a) and between the ground cooling electrode 1 and the high pressure electrode 3b (dielectric electrode 2b). it can.

さらに、接地冷却電極1の上面及び下面には、1つのオゾン生成法として、オゾンを生成するための光触媒材(図示せず)が塗布されたオゾン発生器構成としている。 Further, as one ozone generation method, the upper surface and the lower surface of the ground cooling electrode 1 are configured with an ozone generator in which a photocatalyst material (not shown) for generating ozone is applied.

接地冷却電極1の外周部から原料ガスGINが供給される。この際、積層数nの基本放電セル組に分散された原料ガス流量qo(Q/n)が各放電セル(基本セルS1あるいは基本セルS2)に供給される。そして、接地冷却電極1と高圧電極3a、3bとの間にオゾン発生用交流電圧が印加されることにより、各放電セルの放電面全面に誘電体バリア放電が形成される。したがって、放電空間内において、誘電体バリア放電の光エネルギーと光触媒の活性化により、放電空間に供給した原料ガスに含まれる酸素ガスの酸素原子解離が促進される。 The raw material gas G IN is supplied from the outer peripheral portion of the ground cooling electrode 1. At this time, the raw material gas flow rate qo (Q / n) dispersed in the basic discharge cell set having the number of layers n is supplied to each discharge cell (basic cell S1 or basic cell S2). Then, by applying an AC voltage for ozone generation between the ground cooling electrode 1 and the high-voltage electrodes 3a and 3b, a dielectric barrier discharge is formed on the entire discharge surface of each discharge cell. Therefore, in the discharge space, the light energy of the dielectric barrier discharge and the activation of the photocatalyst promote the oxygen atom dissociation of the oxygen gas contained in the raw material gas supplied to the discharge space.

その結果、オゾン発生器200は、誘電体バリア放電の特徴である、間欠放電の休止期間で生成した酸素原子と酸素ガスとの三体衝突化学反応が促進され、各放電セルの放電空間において、高効率のオゾン生成能力を発揮することができる。つまり、オゾン発生器200は、複数の放電セルの総放電面積Sと比電力値DW/Qとに比例した濃度のオゾンガスを生成することができる。 As a result, the ozone generator 200 promotes a three-body collision chemical reaction between oxygen atoms and oxygen gas generated during the pause period of intermittent discharge, which is a feature of dielectric barrier discharge, and in the discharge space of each discharge cell, Highly efficient ozone generation capacity can be demonstrated. That is, the ozone generator 200 can generate ozone gas having a concentration proportional to the total discharge area S of the plurality of discharge cells and the specific power value DW / Q.

接地冷却電極1の外周から原料ガスGINが供給されているため、各放電セルの放電空間で生成したオゾンガスは、ガスの流れに沿って、接地冷却電極1の中央部の開口部15に入り、接地冷却電極1内に設けたオゾン通路である出力経路17を経由して出力オゾンガスGOUTとして取り出される。 Since the raw material gas G IN is supplied from the outer periphery of the ground cooling electrode 1, the ozone gas generated in the discharge space of each discharge cell enters the opening 15 at the center of the ground cooling electrode 1 along the gas flow. , It is taken out as an output ozone gas G OUT via an output path 17 which is an ozone passage provided in the ground cooling electrode 1.

オゾン発生器200内において各放電セルにより生成されたオゾンガスが集められ、マニホールドブロック9のオゾンガス出力経路92を介し、最終的にオゾンガス出口32から所定濃度のオゾンガスが外部に取出される。 The ozone gas generated by each discharge cell is collected in the ozone generator 200, and the ozone gas having a predetermined concentration is finally taken out from the ozone gas outlet 32 via the ozone gas output path 92 of the manifold block 9.

オゾン発生器200から最終的に取り出される取出しオゾン量Ytは、1単位の放電セルそれぞれの放電空間で生成したオゾンガス生成量yから各放電空間での放電中の衝突によるオゾン分解量と放電セル中のオゾンの自己オゾン分解量とを合わせたオゾン分解量ydを差し引いた取出しオゾン量ytの総和となる。 The amount of ozone Yt finally taken out from the ozone generator 200 is the amount of ozone gas generated in each discharge space of one unit of discharge cell y, the amount of ozone decomposition due to collision during discharge in each discharge space, and the amount of ozone decomposed in the discharge cell. It is the sum of the amount of extracted ozone yt obtained by subtracting the amount of ozone decomposition yd, which is the sum of the amount of self-ozone decomposition of ozone.

図2の各放電セルで単位時間当たりの生成したオゾン生成量y(g/h)は、放電空間に供給した原料ガス流量qo(L/min)と各放電セルに投入する放電電力dw(W)に対応し、オゾンが放電面に塗布した光触媒機能が作用することで、以下の式(6)で表される。 The ozone production amount y (g / h) generated per unit time in each discharge cell of FIG. 2 is the raw material gas flow rate qo (L / min) supplied to the discharge space and the discharge power dw (W) to be input to each discharge cell. ), The photocatalyst function in which ozone is applied to the discharge surface acts, and it is expressed by the following equation (6).

y=qo・C…(6)
式(6)において、"C"は、1単位の放電セルで単位時間当たりの生成するオゾン生成量yと放電空間中の原料ガス流量qoとで算出されるオゾン濃度(g/m)となる。
y = qo ・ C ... (6)
In equation (6), "C" is the ozone concentration (g / m 3 ) calculated by the amount of ozone generated per unit time in one unit of discharge cell and the flow rate of raw material gas qo in the discharge space. Become.

すなわち、1単位の放電セルに形成される放電空間の体積である1放電空間体積dv(cm)は、以下の式(7)で表される。
dv(cm)=d・so…(7)
That is, one discharge space volume dv (cm 3 ), which is the volume of the discharge space formed in one unit of the discharge cell, is expressed by the following equation (7).
dv (cm 3 ) = d ・ so… (7)

したがって、1放電空間で生成した後、放電空間に滞在しているオゾン量ys(g)は、生成したオゾン生成濃度C(g/m3)と式(7)で算出された放電空間体積dv(cm)の積に対応したオゾン生成量yとなる。Therefore, the amount of ozone ys (g) remaining in the discharge space after being generated in one discharge space is the generated ozone generation concentration C (g / m 3 ) and the discharge space volume dv calculated by the equation (7). The ozone production amount y corresponds to the product of (cm 3).

なお、式(7)において、"d"は、放電ギャップ長(cm)、"so"は、1単位の放電セルにおける放電面の放電面積(cm)であり、これらのパラメータ"d","so"は、放電セル構造を規定する固定値である。In the equation (7), "d" is the discharge gap length (cm), "so" is the discharge area (cm 2 ) of the discharge surface in one unit of the discharge cell, and these parameters "d", "so" is a fixed value that defines the discharge cell structure.

放電セルで生成するオゾン生成濃度C(g/m)は、単位時間当たりの単位ガス体積dv(cm)に注入する放電電力dwに対応する。なお、単位ガス体積dvは、1単位の放電セルに関し以下の式(8)(式(2)に同じ)に再度示す。The ozone generation concentration C (g / m 3 ) generated in the discharge cell corresponds to the discharge power dw injected into the unit gas volume dv (cm 3) per unit time. The unit gas volume dv is shown again in the following equation (8) (same as equation (2)) for one unit of discharge cell.

dv(cm/sec)=1000・Q/(n・60)…(8)
つまり、1単位の放電セルで生成するオゾン生成濃度C(g/m)は、単位ガス体積dvに注入する放電エネルギー量(joule/cm)に相当する比電力値dw/qo(W・min/L)によって決まり、以下で示す式(9)のように放電空間で滞在しているオゾン量ys(g)は、比電力値dw/qo(W・min/L)に比例して高くなる。
ys(g)=C・d・s/1000000…(9)
dv (cm 3 / sec) = 1000 ・ Q / (n ・ 60)… (8)
That is, the ozone generation concentration C (g / m 3 ) generated in one unit discharge cell is the specific power value dw / qo (W ·) corresponding to the amount of discharge energy (joule / cm 3) injected into the unit gas volume dv. Determined by min / L), the amount of ozone ys (g) staying in the discharge space as shown in the following equation (9) is higher in proportion to the specific power value dw / qo (W · min / L). Become.
ys (g) = C · d · s / 1000000 ... (9)

ここでは、1単位の放電セルにおける比電力値dw/qoで示したが、多段に積層した場合(2n倍)の全体の比電力値DW/Qとは同じ比で示されるため、今後、比電力値DW/Qで表記する。 Here, the specific power value dw / qo in one unit of the discharge cell is shown, but since it is shown in the same ratio as the total specific power value DW / Q when stacked in multiple stages (2n times), the ratio will be changed in the future. Expressed as power value DW / Q.

しかし、実際の放電を用いたオゾンガス発生装置においては、取出しオゾン濃度Ctは、図15に示すように、比電力値DW/Qに比例して増加せず、比電力値DW/Qに対する取出しオゾン濃度Ctの特性は特性8000aとなる。 However, in the ozone gas generator using an actual discharge, the extracted ozone concentration Ct does not increase in proportion to the specific power value DW / Q as shown in FIG. 15, and the extracted ozone with respect to the specific power value DW / Q The characteristic of the concentration Ct is the characteristic 8000a.

特性8000aにおいて、低い比電力値DW/Qの取出しオゾン濃度Ct特性の接線(二点鎖線)が放電セル(オゾン発生セル)で生成するオゾン生成濃度C(g/m)の特性と定義される。In the characteristic 8000a, the tangent line (two-point chain line) of the extraction ozone concentration Ct characteristic with a low specific power value DW / Q is defined as the characteristic of the ozone generation concentration C (g / m 3) generated in the discharge cell (ozone generation cell). To.

一方、図15の特性8000aに示すように、高い比電力値DW/Qの領域での取出しオゾン濃度Ctは、各放電セルから生成するオゾン生成濃度Cから、各放電セル内での生成したオゾンを分解する濃度Cdを取り除いた値となっていると判断できる。 On the other hand, as shown in the characteristic 8000a of FIG. 15, the extracted ozone concentration Ct in the region of high specific power value DW / Q is the ozone generated in each discharge cell from the ozone generation concentration C generated from each discharge cell. It can be judged that the value is obtained by removing the concentration Cd that decomposes.

図15に示すように、原料ガス流量Qが略3.0L/min以上の大流量域において、オゾン発生器の比電力値DW/Qに対する取出しオゾン濃度Ctの特性8000aが所定の濃度値で飽和している。このため、総放電電力DWを増加し比電力値DW/Qを高めても取出しオゾン濃度Ctを高めることができない。 As shown in FIG. 15, in a large flow rate region where the raw material gas flow rate Q is approximately 3.0 L / min or more, the characteristic 8000a of the extracted ozone concentration Ct with respect to the specific power value DW / Q of the ozone generator is saturated at a predetermined concentration value. doing. Therefore, even if the total discharge power DW is increased and the specific power value DW / Q is increased, the extracted ozone concentration Ct cannot be increased.

比電力値DW/Qを高くしても、所定濃度値から取出しオゾン濃度Ctが高くならず、むしろ低下傾向を示す原因は、放電セルで発生した電子、イオン、放電ガスと放電空間で生成したオゾンとの衝突でオゾンガスが分解することと、放電セル内で滞在しているオゾン自身の自己分解が大きいことにある。 Even if the specific power value DW / Q is increased, the ozone concentration Ct extracted from the predetermined concentration value does not increase, but rather the cause of the decreasing tendency is generated by the electrons, ions, discharge gas generated in the discharge cell and the discharge space. Ozone gas is decomposed by collision with ozone, and the self-decomposition of ozone staying in the discharge cell is large.

つまり、放電空間で生成したオゾンガスが、放電中の電子空間を通過する際、電子、イオン、放電ガス等と衝突して分解する分解量とオゾン自身の自己分解する自己分解量とを合わせた分解量が大きいことにより、取出しオゾン濃度Ctが低下している。 That is, when ozone gas generated in the discharge space passes through the electron space during discharge, it collides with electrons, ions, discharge gas, etc. and decomposes, and ozone decomposes by itself. Due to the large amount, the extracted ozone concentration Ct is lowered.

放電セル内でオゾン分解する総オゾン分解量Yd(=2・n・yd)は、放電空間中での発生した電子量ne、放電ガスngの分子量、平均ガス流速vo/d、ガス滞在時間To及びガス温度Tgに依存して以下の式(10)で表される。なお、"yd"は1単位の放電セルのオゾン分解量を意味する。 The total amount of ozone decomposition Yd (= 2.n.yd) that decomposes ozone in the discharge cell is the amount of electrons generated in the discharge space ne, the molecular weight of the discharge gas ng, the average gas flow velocity vo / d, and the gas residence time To. It is expressed by the following equation (10) depending on the gas temperature Tg. In addition, "yd" means the amount of ozone decomposition of one unit discharge cell.

Yd=B(ne,ng,vo/d,To,Tg,C)…(10)
式(10)に示すように、総オゾン分解量Ydは、B(…)の関数で求まる。
Yd = B (ne, ng, vo / d, To, Tg, C) ... (10)
As shown in the equation (10), the total amount of ozone decomposition Yd can be obtained by the function of B (...).

したがって、複数の放電セル内でオゾンガスを分解する総オゾン分解量Ydを比電力値DW/Qに対応して低減できれば、取出しオゾン濃度Ctを高めることができる。 Therefore, if the total amount of ozone decomposition Yd that decomposes ozone gas in a plurality of discharge cells can be reduced corresponding to the specific power value DW / Q, the extracted ozone concentration Ct can be increased.

複数の放電セル内でオゾン分解する総オゾン分解量Ydは、複数の放電空間中でのオゾンガスの分解量であるが、図15に示すように、総ガス流量Qが略3.0L/min以上の大流量域においては、オゾンガスを生成するために投入する総放電電力DWとガス流量Qとの比(比電力値DW/Q)で一義的決まることが分かる。 The total ozone decomposition amount Yd for ozone decomposition in a plurality of discharge cells is the decomposition amount of ozone gas in a plurality of discharge spaces. As shown in FIG. 15, the total gas flow rate Q is approximately 3.0 L / min or more. It can be seen that in the large flow rate region of the above, the ratio (specific power value DW / Q) of the total discharge power DW input to generate the ozone gas and the gas flow rate Q is uniquely determined.

このことから、比電力値DW/Qに依存した総オゾン分解量Ydは、オゾン発生器の構造そのもの条件で決まる固有の特性を有していることが分かった。つまり、オゾン発生器の構造やオゾン電源の出力条件を見直せば、比電力値DW/Qに依存した総オゾン分解量Ydも低減でき、かつ取出しオゾン量Ytが高められる。この点に着目したのが本願発明である。 From this, it was found that the total ozone decomposition amount Yd, which depends on the specific power value DW / Q, has a unique characteristic determined by the conditions of the structure of the ozone generator itself. That is, if the structure of the ozone generator and the output conditions of the ozone power source are reviewed, the total ozone decomposition amount Yd depending on the specific power value DW / Q can be reduced, and the extracted ozone amount Yt can be increased. The present invention focuses on this point.

図2に示す接地冷却電極1における1放電面の断面において、放電セル中での生成したオゾンガスのオゾンの分解量に注目する。 In the cross section of one discharge surface of the ground cooling electrode 1 shown in FIG. 2, attention is paid to the amount of ozone decomposition of ozone gas generated in the discharge cell.

原料ガス流量Q(原料ガス流量)で原料ガスを供給すると、2n個の1単位の放電セル(基本セルS1あるいはS2)それぞれに流れる原料ガス流量qo(=Q/(2・n))に分散して供給され、1単位の放電セル当たり放電電力dw(=DW/(2・n))を投入する場合を考える。 When the raw material gas is supplied at the raw material gas flow rate Q (raw material gas flow rate), it is dispersed in the raw material gas flow rate qo (= Q / (2.n)) flowing through each of the 2n 1-unit discharge cells (basic cells S1 or S2). Consider the case where the discharge power dw (= DW / (2.n)) is input per unit of the discharge cell.

この場合、1つの放電空間で生成したオゾンガスのオゾン生成量y[=Y/(2・n)](g/h)は、放電空間を原料ガスが流れることにより生成される量である。そして、1単位の放電セルでのオゾン生成量yは、放電空間を通過する時間であるガス滞在時間Toと、1放電面における単位周囲長さl(cm)を基準とした放電セルに流れるガス断面sav(=l・d)における平均ガス流速vo/d(cm/s)(=qo・0.001/(60・sav))とからなる2つの要素と密接に関連する。これら2つの要素は、放電セルの形状で決まる固有値となる。なお、単位周囲長さl(cm)とは、1放電空間を形成する1対の放電面のうち、一の放電面である代表放電面の外周に沿った周囲長さ(cm)を示す。つまり、1放電面の平均面積sav(=so/2)の放電径の周囲長さ(cm)が単位周囲長さl(cm)となる。 In this case, the ozone production amount y [= Y / (2 · n)] (g / h) of the ozone gas generated in one discharge space is the amount generated by the raw material gas flowing through the discharge space. The ozone production amount y in one unit of the discharge cell is the gas flowing in the discharge cell based on the gas residence time To, which is the time to pass through the discharge space, and the unit peripheral length l (cm) on one discharge surface. It is closely related to the two elements consisting of the average gas flow velocity vo / d (cm / s) (= qo · 0.001 / (60 · sav)) in the cross section sav (= l · d). These two elements are eigenvalues determined by the shape of the discharge cell. The unit peripheral length l (cm) indicates the peripheral length (cm) along the outer circumference of the representative discharge surface, which is one discharge surface among the pair of discharge surfaces forming one discharge space. That is, the peripheral length (cm) of the discharge diameter of the average area sav (= so / 2) of one discharge surface is the unit peripheral length l (cm).

ガス滞在時間Toは、放電空間における電子、イオン、放電ガスと放電面で生成したオゾンガスとの衝突によるオゾン分解量と、放電空間内で滞在しているオゾン自身の自己オゾン分解量の両方に密接に関連する。また、単位周囲長さl(cm)を基準とした平均ガス流速vo/d(cm/s)は、1単位の放電セル内で生成されるオゾン生成能力と密接に関係しており、オゾン生成能力に対しガスの平均ガス流速vo/dが大きければ、総ガス流量Qが大きいことになり、取出せるオゾン濃度が低くなることになる。 The gas residence time To is closely related to both the amount of ozone decomposition due to the collision of electrons, ions, and discharge gas with the ozone gas generated on the discharge surface in the discharge space and the amount of self-ozone decomposition of ozone itself staying in the discharge space. is connected with. Further, the average gas flow velocity vo / d (cm / s) based on the unit circumference length l (cm) is closely related to the ozone generation capacity generated in one unit of the discharge cell, and ozone generation. If the average gas flow velocity vo / d of the gas is larger than the capacity, the total gas flow rate Q is large, and the ozone concentration that can be taken out is low.

したがって、ガス滞在時間To及びガス温度Tgは、放電空間を通過中のオゾンガスの衝突による分解量とオゾン自身の自己分解量を高める要素となり、放電セル内でのオゾン分解量を高める要因を助長させている。また、放電空間内でオゾンを生成する能力よりも、平均ガス流速vo/d(cm/s)が大きくなると、取出しオゾン濃度Ctが低くなる。 Therefore, the gas residence time To and the gas temperature Tg are factors that increase the amount of decomposition due to the collision of ozone gas passing through the discharge space and the amount of self-decomposition of ozone itself, and promote the factors that increase the amount of ozone decomposition in the discharge cell. ing. Further, when the average gas flow velocity vo / d (cm / s) is larger than the ability to generate ozone in the discharge space, the extracted ozone concentration Ct becomes lower.

つまり、1つの放電空間において、投入できる放電電力密度J(=wd/so)の誘電体バリア放電のエネルギーで生成したオゾンガスのオゾン発生量y[=Y/(2・n)](g/h)のうち、放電空間内に滞在しているオゾン量ys(g)に関し、このオゾン量ysを高濃度でオゾンを取り出す際には、放電空間におけるガスのガス滞在時間Toによるオゾン分解量ydの影響が無視できない。 That is, the amount of ozone generated by the ozone gas generated by the energy of the dielectric barrier discharge of the discharge power density J (= wd / so) that can be input in one discharge space y [= Y / (2 ・ n)] (g / h). ), Regarding the ozone amount ys (g) staying in the discharge space, when taking out ozone at a high concentration of this ozone amount ys, the ozone decomposition amount yd due to the gas stay time To of the gas in the discharge space The impact cannot be ignored.

具体的には、ガス滞在時間Toが大きいほど、オゾン分解時間が長くなるため、放電ガスとの衝突による分解量と滞在しているオゾン自身の自己分解量との総計であるオゾン分解量ydが大きくなる。 Specifically, the larger the gas stay time To, the longer the ozone decomposition time. Therefore, the ozone decomposition amount yd, which is the total of the decomposition amount due to the collision with the discharge gas and the self-decomposition amount of the staying ozone itself, is growing.

また、放電空間でオゾンが生成する能力よりも、平均ガス流速vo/d(cm/s)が大きくなると、取出しオゾン濃度Ctが低くなる。 Further, when the average gas flow velocity vo / d (cm / s) is larger than the ability to generate ozone in the discharge space, the extracted ozone concentration Ct becomes lower.

さらに、放電電力密度Jを増すとガス温度Tgが高くなる傾向はあるが、放電面全面を冷却して、放電熱エネルギーを十分に取り除く冷却能力を有すれば、投入できる放電電力密度Jを増した放電セル形状ほどにオゾン分解量ydは増加せず、ある程度冷却能力で抑制できる。 Further, when the discharge power density J is increased, the gas temperature Tg tends to increase, but if the entire discharge surface is cooled and the discharge heat energy is sufficiently removed, the discharge power density J that can be input is increased. The ozone decomposition amount yd does not increase as much as the shape of the discharged cell, and can be suppressed by the cooling capacity to some extent.

ガス温度Tgによるオゾン分解については、放電電極面の冷却能力と関連し、十分な冷却能力にすることでガス温度Tgの温度上昇を抑制できる。ガス温度Tgの温度上昇抑制については、オゾン発生器の設計上の必須問題であるため、ここでは、ガス温度Tgによるオゾン分解量の増加については考慮しない。 Ozone decomposition by the gas temperature Tg is related to the cooling capacity of the discharge electrode surface, and the temperature rise of the gas temperature Tg can be suppressed by making the cooling capacity sufficient. Since suppressing the temperature rise of the gas temperature Tg is an essential problem in the design of the ozone generator, the increase in the amount of ozone decomposition due to the gas temperature Tg is not considered here.

次に、通常の3.0L/min以上の大流量の原料ガスを流した場合において、放電空間中のガス滞在時間To、単位周囲長さl(cm)を基準した放電空間を流れる平均ガス流速vo/d、及び放電電力密度Jに適した放電セル形状について考える。ガス滞在時間Toは以下の式(11)のようになる。 Next, when a normal large flow rate of raw material gas of 3.0 L / min or more is flowed, the average gas flow velocity flowing through the discharge space based on the gas residence time To in the discharge space and the unit circumference length l (cm). Consider a discharge cell shape suitable for vo / d and discharge power density J. The gas stay time To is as shown in the following equation (11).

To(ms)=(d・so)/qo…(11)
なお、式(11)において、"d"は、放電ギャップ長(mm)、"so"は、1単位の放電セルの放電面における放電面積(cm)、"qo"は1放電空間当たりの原料ガス流量(L/min)である。
To (ms) = (d ・ so) / qo… (11)
In equation (11), "d" is the discharge gap length (mm), "so" is the discharge area (cm 2 ) on the discharge surface of one unit of discharge cell, and "qo" is per discharge space. Raw material gas flow rate (L / min).

一方、"S"は、オゾン発生器200内の総放電面積(cm)を示し、"Q"は、オゾン発生器200内に供給する原料ガスの総ガス流量(L/min)を示し、"n"は、図1で示したオゾン発生器200の積層した基本放電セル組(基本セルS1及びS2の組合せ)の枚数(個)を示し、放電面数としては、2・nとなる。On the other hand, "S" indicates the total discharge area (cm 2 ) in the ozone generator 200, and "Q" indicates the total gas flow rate (L / min) of the raw material gas supplied into the ozone generator 200. “N” indicates the number (pieces) of the laminated basic discharge cell sets (combination of basic cells S1 and S2) of the ozone generator 200 shown in FIG. 1, and the number of discharge surfaces is 2.n.

また、単位周囲長さl(cm)を基準とした放電面に流れる平均ガス流速vo/d(cm/s)は、放電セルの形状に依存する。例えば、円板状の放電セルの場合、単位周囲長さl(cm)を基準とした放電セルに流れるガス断面savは、放電面積soの1/2相当の放電径に流れ込む単位ギャップ長当たりの平均ガス流速voで定義すると以下の式(12)で表される。 Further, the average gas flow velocity vo / d (cm / s) flowing on the discharge surface based on the unit peripheral length l (cm) depends on the shape of the discharge cell. For example, in the case of a disk-shaped discharge cell, the gas cross section sav flowing through the discharge cell based on the unit peripheral length l (cm) is per unit gap length flowing into the discharge diameter equivalent to 1/2 of the discharge area so. When defined by the average gas flow velocity vo, it is expressed by the following equation (12).

vo(cm/s)=qo/(2π・(so/2π)0.5
=f(so)・{1/To}…(12)
なお、単位ギャップ長当たりの平均ガス流速voは、関数f(so)と放電空間中のガス滞在時間Toの逆数に依存する値である。
vo (cm / s) = qo / (2π ・ (so / 2π) 0.5 )
= F (so) · {1 / To} ... (12)
The average gas flow velocity vo per unit gap length is a value that depends on the reciprocal of the function f (so) and the gas residence time To in the discharge space.

また、1放電空間に投入できる放電電力密度J(W/cm)は、以下の式(13)で表される。The discharge power density J (W / cm 2 ) that can be applied to one discharge space is expressed by the following equation (13).

J(W/cm)=DW/S=dw/so…(13)
なお、式(13)において、"DW"は総放電電力である。
J (W / cm 2 ) = DW / S = dw / so ... (13)
In equation (13), "DW" is the total discharge power.

放電空間において、単純に比例してオゾン分解量ydが増加する要素は、ガス滞在時間Toである。ガス滞在時間Toが短くなるようにするには、1単位の放電セルの放電面の放電面積soを小さくして、同じ放電電力dw[=DW/(2・n)]を投入すれば、式(11)で示すガス滞在時間Toが短くなる分、オゾン分解量ydを下げることができる。 In the discharge space, the factor that simply increases the ozone decomposition amount yd in proportion is the gas residence time To. In order to shorten the gas residence time To, the discharge area so on the discharge surface of one unit of the discharge cell can be reduced and the same discharge power dw [= DW / (2 ・ n)] can be applied. The amount of ozone decomposition yd can be reduced by the amount that the gas residence time To shown in (11) is shortened.

しかしながら、1単位の放電セルの放電面積soを小さくすると、式(12)で示すように単位周囲長さ(cm)を基準とした放電面を流れる平均ガス流速vo/d(cm/s)が大きくなる。このため、放電面内に供給する原料ガス流量qoが低い条件下でも、オゾン取出し濃度Ctを高くすることができる。 However, when the discharge area so of one unit of the discharge cell is reduced, the average gas flow velocity vo / d (cm / s) flowing on the discharge surface based on the unit peripheral length (cm) becomes as shown by the equation (12). growing. Therefore, the ozone extraction concentration Ct can be increased even under the condition that the flow rate qo of the raw material gas supplied into the discharge surface is low.

本願発明者は、1単位の放電セルにおける放電面積soを小さくすれば.放電空間に供給する原料ガス流量qoが低い条件で、放電空間でのガス滞在時間Toを短くする条件設定が重要であることを見出した。すなわち、本願発明者は、上記条件設定により、生成したオゾンの衝突によるオゾン分解と滞在しているオゾン自身の自己分解とを含む分解に要する時間が短縮でき、結果として放電空間におけるオゾン分解量ydを減らせることを認識した。 If the discharge area so in one unit of the discharge cell is reduced, the inventor of the present application needs to set the condition for shortening the gas residence time To in the discharge space under the condition that the flow rate qo of the raw material gas supplied to the discharge space is low. I found that. That is, the inventor of the present application can shorten the time required for decomposition including ozone decomposition due to collision of generated ozone and self-decomposition of the staying ozone itself, and as a result, the amount of ozone decomposition yd in the discharge space. Recognized that it can be reduced.

したがって、高濃度オゾンが取出せるように、平均ガス流速vo/dを最適条件に設定し、ガス滞在時間Toを短くすることが望ましい。つまり、放電空間で生成したオゾンの取出す際におけるオゾン分解量ydを減らすには、1単位の放電セルにおける放電面積soを小さくすることが必要である。 Therefore, it is desirable to set the average gas flow velocity vo / d to the optimum conditions and shorten the gas residence time To so that high-concentration ozone can be extracted. That is, in order to reduce the ozone decomposition amount yd when taking out ozone generated in the discharge space, it is necessary to reduce the discharge area so in one unit of the discharge cell.

そして、ガス滞在時間Toを短くする方法として、放電電力密度Jが望ましい範囲内になるように放電セルにおける放電面の径を小さくし、径を小さくした放電面により形成される放電空間に投入する放電電力dwを設定する方法が考えられる。この方法によれば、1放電空間におけるオゾン分解量ydを低減でき、結果として、1放電空間からより高濃度で、所定量のオゾンガスが取出せるようになる。 Then, as a method of shortening the gas residence time To, the diameter of the discharge surface in the discharge cell is reduced so that the discharge power density J is within a desirable range, and the discharge surface is charged into the discharge space formed by the reduced diameter discharge surface. A method of setting the discharge power dw can be considered. According to this method, the amount of ozone decomposition yd in one discharge space can be reduced, and as a result, a predetermined amount of ozone gas can be extracted from one discharge space at a higher concentration.

つまり、本願発明者は、高濃度なオゾンガスを取り出す手段として、1放電空間から高濃度のオゾンガスが取出せるオゾンセル構造(放電面の放電面積so)と、放電電力密度Jの設定を規定するため、1放電空間に投入する放電電力dwと、平均ガス流速vo/dを規定範囲内にするための原料ガス流量qoとを含む各種要因の条件範囲を適切に設定することが重要になる。 That is, the inventor of the present application defines an ozone cell structure (discharge area so on the discharge surface) capable of extracting high-concentration ozone gas from one discharge space and a setting of discharge power density J as means for extracting high-concentration ozone gas. 1 It is important to appropriately set the condition range of various factors including the discharge power dw to be input to the discharge space and the raw material gas flow rate qo for keeping the average gas flow velocity vo / d within the specified range.

さらに、上記した1放電空間に関する条件を維持し、かつ、高濃度のオゾンガスが取出せるガス流量を高める方法として、基本セルS1及びS2を有する基本放電セル組を多段(n倍)に積層することが望まされる。基本放電セル組をn段に積層すると、放電電力DW(=2・n・dw)及び総ガス流量Q(=2・n・qo)を高めたオゾンガス発生システムを構成することができ、結果的に比較的大きなガス流量域で高濃度なオゾンガスを取出すことができる。 Further, as a method of maintaining the above-mentioned conditions regarding one discharge space and increasing the gas flow rate at which high-concentration ozone gas can be taken out, a basic discharge cell set having basic cells S1 and S2 is laminated in multiple stages (n times). Is desired. By stacking the basic discharge cell sets in n stages, it is possible to construct an ozone gas generation system in which the discharge power DW (= 2 ・ n ・ dw) and the total gas flow rate Q (= 2 ・ n ・ qo) are increased, resulting in this. It is possible to extract high-concentration ozone gas in a relatively large gas flow rate range.

加えて、上記構成のオゾンガスシステムにおいて、総放電電力DW(=2・n・dw)と総ガス流量Qとを可能な範囲で最大に設定することにより、取出しオゾン量Yt(=Ct・Q)を最大限に高めることができる。 In addition, in the ozone gas system having the above configuration, by setting the total discharge power DW (= 2 · n · dw) and the total gas flow rate Q to the maximum possible range, the amount of ozone taken out Yt (= Ct · Q) Can be maximized.

以上、高濃度オゾンが取り出せるようにするため、オゾン分解量ydを減らす手段として、放電空間におけるガス滞在時間Toを短くできるようにするため、1放電面の放電面積soを規定値範囲内に小さくしたオゾンガス発生システムにすることが望ましい。 As described above, in order to make it possible to take out high-concentration ozone, as a means of reducing the ozone decomposition amount yd, in order to shorten the gas residence time To in the discharge space, the discharge area so of one discharge surface is made small within the specified value range. It is desirable to use an ozone gas generation system.

また、取出しオゾン量Ytを高めるようにするため、総放電電力DW及び放電電力密度Jを規定値範囲内において最適にしたオゾンガス発生システムにすることが望ましい。 Further, in order to increase the amount of ozone taken out Yt, it is desirable to make an ozone gas generation system in which the total discharge power DW and the discharge power density J are optimized within the specified value range.

次に、高濃度オゾンが取出せるオゾンガス発生システムとしては、ガス流量が低流量やオゾン発生器をより低温に冷却する手段はあるが、低流量のオゾンガスを必要とする要求分野は限られる。また、オゾン発生器をより低温に冷却する手段は、オゾンガス発生システムに付帯設備が大きくなり、オゾンガス発生システム自身も従来装置に比べ、高価で大きくなることになる。 Next, as an ozone gas generation system capable of extracting high-concentration ozone, there is a means for cooling the ozone generator to a lower flow rate or a lower flow rate, but the required fields requiring low flow rate ozone gas are limited. Further, as a means for cooling the ozone generator to a lower temperature, the equipment attached to the ozone gas generation system becomes large, and the ozone gas generation system itself becomes more expensive and larger than the conventional device.

以上のことから、高濃度オゾンが取出せるオゾンガス発生システムの制約条件を総ガス流量Qのガス流量範囲を略3.0L/min以上の大流量のガス流量とし、オゾン発生器200を冷却する冷却温度を5℃以上にした条件を考える。この条件下で、例えば、一実施例としての400g/m以上の高濃度オゾンを取り出せ、かつ、取出しオゾン量Ytを高めたオゾンを取り出せることのできるオゾンガス発生システム1000を実現させることが必要になる。この場合、オゾン発生器200の総放電面積Sを確保するだけでなく、放電空間に供給する放電電力密度J及び総放電電力DWを可能な範囲で最大に設定できる安定したオゾン用電源100を得ることも重要である。Based on the above, the constraint condition of the ozone gas generation system that can extract high-concentration ozone is to set the gas flow rate range of the total gas flow rate Q to a large flow rate of approximately 3.0 L / min or more, and to cool the ozone generator 200. Consider the condition where the temperature is 5 ° C or higher. Under these conditions, for example, it is necessary to realize an ozone gas generation system 1000 capable of extracting high-concentration ozone of 400 g / m 3 or more as one embodiment and extracting ozone having an increased amount of extracted ozone Yt. Become. In this case, not only the total discharge area S of the ozone generator 200 is secured, but also a stable ozone power source 100 capable of setting the discharge power density J and the total discharge power DW to be supplied to the discharge space to the maximum possible is obtained. That is also important.

オゾン用電源100は、高濃度で、所定量のオゾンガスを得るために、オゾン発生器200に総放電電力DWを投入してオゾン発生器200の放電電力密度Jを高める必要がある。この場合、オゾン用電源100のオゾン発生用交流電圧の出力周波数が従来の出力周波数である20kHz未満であると、オゾン発生器200に印加する負荷電圧が高くなり、オゾン用電源100、オゾン発生器200自身の耐電圧強化が必要になる等の問題点が生じる。 In order to obtain a predetermined amount of ozone gas at a high concentration, the ozone power source 100 needs to input the total discharge power DW to the ozone generator 200 to increase the discharge power density J of the ozone generator 200. In this case, if the output frequency of the ozone generation AC voltage of the ozone power supply 100 is less than the conventional output frequency of 20 kHz, the load voltage applied to the ozone generator 200 becomes high, and the ozone power supply 100 and the ozone generator Problems such as the need to strengthen the withstand voltage of the 200 itself occur.

このため、ピーク電圧が7kVp(5.0kVrms)以下の負荷印加電圧Vdを付与するオゾン用電源100としては、出力周波数fが20kHz〜50kHz(20kHz以上、50kHz未満)の高周波のオゾン発生用交流電圧を出力するオゾン用電源することが望ましい。また、出力周波数fが30kHzを超えるオゾン用電源とすると、電源自身から発するノイズが急激に増え、オゾンガス発生システムに付帯する計測機器や外部機器の誤動作が増大することになる。さらに、オゾン発生器との負荷との共振周波数附近を維持するため、出力周波数fの負荷変動に応じた周波数制御が不可欠になり、オゾン用電源として安定な電力を出力させることが非常に困難になる。そのため、オゾン用電源100の出力周波数fは、20kHz〜30kHz未満に制限することがより望ましい。 Therefore, as an ozone power supply 100 for applying a load application voltage Vd having a peak voltage of 7 kVp (5.0 kVrms) or less, a high frequency ozone generation AC voltage having an output frequency f of 20 kHz to 50 kHz (20 kHz or more and less than 50 kHz) is used. It is desirable to use a power source for ozone to output. Further, if the ozone power source has an output frequency f of more than 30 kHz, the noise generated from the power source itself increases rapidly, and the malfunction of the measuring device and the external device attached to the ozone gas generation system increases. Furthermore, in order to maintain the resonance frequency close to the load with the ozone generator, frequency control according to the load fluctuation of the output frequency f becomes indispensable, and it becomes very difficult to output stable power as a power source for ozone. Become. Therefore, it is more desirable to limit the output frequency f of the ozone power supply 100 to less than 20 kHz to 30 kHz.

20kHz〜50kHzの高周波の負荷印加電圧Vdを付与するオゾン用電源として、以下の2種類の電源が考えられる。 The following two types of power sources can be considered as an ozone power source that applies a high-frequency load application voltage Vd of 20 kHz to 50 kHz.

第1の電源…オゾン用電源のインバータ部とオゾン発生器との間に直列共振回路を設けた電源、
第2の電源…オゾン用電源のインバータ部とオゾン発生器との間に高周波・高電圧トランスを設けた電源。
First power supply: A power supply in which a series resonance circuit is provided between the inverter section of the ozone power supply and the ozone generator.
Second power supply: A power supply in which a high-frequency / high-voltage transformer is provided between the inverter section of the ozone power supply and the ozone generator.

第1の電源においては、オゾン用電源の出力側のトランスを無くし、インバータ部とオゾン発生器との間に共振Q値の高い(例えば、Q値が10以上)直列共振回路を設け、負荷印加電圧Vdまで昇圧するようにする必要がある。第1の電源においては、高周波・高電圧トランスが無いというメリットでオゾン用電源自身をコンパクト化できる。 In the first power supply, the transformer on the output side of the ozone power supply is eliminated, a series resonance circuit having a high resonance Q value (for example, Q value of 10 or more) is provided between the inverter and the ozone generator, and a load is applied. It is necessary to boost the voltage to Vd. In the first power supply, the ozone power supply itself can be made compact due to the advantage that there is no high-frequency / high-voltage transformer.

しかし、第1の電源は、インバータ部と直列共振回路とオゾン発生器との3つの主要構成部を跨る回路間で共振させるため、共振した負荷電流の帰還電流がインバータ部まで戻ることにより、インバータ部の電源ロスが非常に大きくなる。 However, since the first power supply resonates between the inverter section, the series resonance circuit, and the circuit straddling the three main components of the ozone generator, the feedback current of the resonated load current returns to the inverter section, so that the inverter The power loss of the part becomes very large.

さらに、第1の電源は、負荷印加電圧Vdまで昇圧共振させるため、微妙な負荷条件変動で負荷印加電圧Vdが変化し、インバータ部の動作周波数を制御しても、安定した負荷印加電圧Vdをオゾン発生器に投入することが難しい。加えて、動作周波数が常に可変であるため、電源ノイズが大きくなるなどの問題点がある。 Further, since the first power supply resonates up to the load applied voltage Vd, the load applied voltage Vd changes due to subtle load condition fluctuations, and even if the operating frequency of the inverter section is controlled, a stable load applied voltage Vd can be obtained. Difficult to put into an ozone generator. In addition, since the operating frequency is always variable, there is a problem that power supply noise becomes large.

以上の問題点があるため、実用上は、高周波のオゾン用電源が出力する放電電力DWは1.5kW未満のオゾンガス発生システムにしか適さない。また、第1の電源である小さなオゾン用電源を複数個搭載することは、オゾン発生器構成の複雑化や制御の複雑化を招き、さらに、オゾン用電源内の制御ロスや部品点数が増える等の問題点が生じる。 Due to the above problems, practically, the discharge power DW output by the high-frequency ozone power supply is suitable only for an ozone gas generation system of less than 1.5 kW. In addition, mounting a plurality of small ozone power sources, which are the first power sources, causes the ozone generator configuration to become complicated and the control to become complicated, and further, the control loss and the number of parts in the ozone power source increase. Problem arises.

そのため、原料ガスの総ガス流量Q(原料ガス流量)のガス流量範囲を略3.0L/min以上とし、上記オゾン発生器を冷却する冷却温度を5℃以上にした条件下で、400g/m以上の高濃度のオゾンガスを取り出すことを目的とした実施の形態1のオゾンガス発生システムには不適である。なぜなら、実施の形態1のオゾンガス発生システムは、比電力値DW/Qが600W・min/L以上を満足する総放電電力DWが必要であるからである。Therefore, under the condition that the gas flow rate range of the total gas flow rate Q (raw material gas flow rate) of the raw material gas is approximately 3.0 L / min or more and the cooling temperature for cooling the ozone generator is 5 ° C. or higher, 400 g / m. It is not suitable for the ozone gas generation system of the first embodiment, which aims to extract three or more high-concentration ozone gases. This is because the ozone gas generation system of the first embodiment requires a total discharge power DW that satisfies the specific power value DW / Q of 600 W · min / L or more.

第2の電源においては、インバータ部(インバータ回路部22)とオゾン発生器との間に高周波・高電圧トランス(並列共振用トランス25)を設けることにより、高周波・高電圧トランスの1次側巻数と2次側巻数との巻数比で決まる一定値で電圧昇圧できる。さらに、トランスの2次側以降で、負荷との並列共振回路を設けることで、負荷に供給する出力周波数と負荷印加電圧Vdとをほぼ一定値にして、総放電電力DWをオゾン発生器200に供給することができる。 In the second power supply, by providing a high-frequency / high-voltage transformer (translation for parallel resonance 25) between the inverter section (inverter circuit section 22) and the ozone generator, the number of turns on the primary side of the high-voltage / high-voltage transformer The voltage can be boosted at a constant value determined by the turns ratio between and the number of turns on the secondary side. Further, by providing a parallel resonance circuit with the load on the secondary side and thereafter of the transformer, the output frequency supplied to the load and the load applied voltage Vd are set to substantially constant values, and the total discharge power DW is set to the ozone generator 200. Can be supplied.

その結果、インバータ部に共振した負荷電流が帰還電流として戻ることなく、インバータ部の電源ロスを比較的小さくでき、負荷との共振度合に依らず負荷印加電圧Vdが一定で、負荷に安定した総放電電力DWを供給できる。 As a result, the load current resonating with the inverter section does not return as a feedback current, the power loss of the inverter section can be made relatively small, the load applied voltage Vd is constant regardless of the degree of resonance with the load, and the total load is stable. The discharge power DW can be supplied.

このため、第2の電源では、高周波のオゾン用電源が出力する放電電力DWを1.8kW以上にすることができ、第2の電源は安定した出力をオゾン発生器に投入することができるメリットがある。 Therefore, in the second power source, the discharge power DW output by the high-frequency ozone power source can be set to 1.8 kW or more, and the second power source has the merit that a stable output can be input to the ozone generator. There is.

実施の形態1のけるオゾン用電源100は、上述した第2の電源の要件を満足させている。そして、オゾン用電源100とオゾン発生器200とを組み合わせてオゾンガス発生システム1000を構成している。 The ozone power source 100 according to the first embodiment satisfies the above-mentioned second power source requirement. Then, the ozone power source 100 and the ozone generator 200 are combined to form the ozone gas generation system 1000.

このため、実施の形態1のオゾンガス発生システム1000は、原料ガスの総ガス流量Qのガス流量範囲を略3.0L/min以上とし、オゾン発生器200を冷却する冷却温度を5℃以上にした条件下で、400g/m以上の高濃度オゾンを取り出すことができる。さらに、オゾンガス発生システム1000は、高濃度オゾンガスが取出せる流量が大流量化でき、かつオゾン発生器の冷却能力も従来と同等レベルのオゾンガス発生システムになる。Therefore, in the ozone gas generation system 1000 of the first embodiment, the gas flow rate range of the total gas flow rate Q of the raw material gas is set to about 3.0 L / min or more, and the cooling temperature for cooling the ozone generator 200 is set to 5 ° C. or more. Under the conditions, high-concentration ozone of 400 g / m 3 or more can be extracted. Further, the ozone gas generation system 1000 is an ozone gas generation system in which the flow rate at which high-concentration ozone gas can be taken out can be increased and the cooling capacity of the ozone generator is at the same level as the conventional one.

さらに、並列共振用トランス25自身の内部インダクタンスと負荷(オゾン発生器200)の静電容量との共振周波数になるように、インバータ回路部22の動作周波数を設定している。このため、並列共振用トランス25の出力側に新規に共振用リアクトルを設けることなく、並列共振用トランス25の2次側以降の共振回路もこの並列共振用トランス25で共用できるメリットがある。 Further, the operating frequency of the inverter circuit unit 22 is set so as to be the resonance frequency between the internal inductance of the parallel resonance transformer 25 itself and the capacitance of the load (ozone generator 200). Therefore, there is an advantage that the resonance circuit after the secondary side of the parallel resonance transformer 25 can be shared by the parallel resonance transformer 25 without newly providing a resonance reactor on the output side of the parallel resonance transformer 25.

以上、原料ガスが比較的大きな総ガス流量Qで、高濃度なオゾンガスを取り出すオゾン発生器の手段として、発生器内の1単位の放電セルにおける放電空間を最適な範囲に設定することの重要性を説明した。以下、実施の形態1のオゾンガス発生システム1000の詳細について図1を参照して説明する。 As described above, it is important to set the discharge space in one unit of the discharge cell in the generator to the optimum range as a means of the ozone generator for extracting high-concentration ozone gas with a total gas flow rate Q in which the raw material gas is relatively large. Explained. Hereinafter, the details of the ozone gas generation system 1000 of the first embodiment will be described with reference to FIG.

オゾン用電源100からの投入する総放電電力DWを一定の5.0kWにして、オゾン発生器200の基本セルS1,S2を有する基本放電セル組の段数nを6(計12個の放電空間が形成される)とし、放電ギャップ長dを数十〜数百μm条件を満足する一定長とし、以下の3種類のオゾン発生器を準備した。 The total discharge power DW input from the ozone power source 100 is set to a constant 5.0 kW, and the number of stages n of the basic discharge cell set having the basic cells S1 and S2 of the ozone generator 200 is 6 (12 discharge spaces in total). The discharge gap length d was set to a constant length satisfying the condition of several tens to several hundreds μm, and the following three types of ozone generators were prepared.

Aタイプ放電セル形状の発生器…総放電面積Sが2500cm
Bタイプ放電セル形状の発生器…総放電面積Sが1250cm
Cタイプ放電セル形状の発生器…総放電面積Sが625cm
そして、Aタイプ放電セル形状の発生器〜Cタイプ放電セル形状の発生器それぞれで取出せるオゾン濃度を求めた。
A type discharge cell-shaped generator ... Total discharge area S is 2500 cm 2 ,
B type discharge cell-shaped generator ... Total discharge area S is 1250 cm 2 ,
C type discharge cell-shaped generator ... Total discharge area S is 625 cm 2 ,
Then, the ozone concentration that can be taken out by each of the A-type discharge cell-shaped generator to the C-type discharge cell-shaped generator was determined.

Aタイプ放電セル形状の発生器では、1放電面積soが約209cm、放電径(放電面の直径)が約φ170(mm)、投入できる放電電力密度Jが2W/cmの設定となる。In the A-type discharge cell-shaped generator, one discharge area so is set to about 209 cm 2 , the discharge diameter (discharge surface diameter) is set to about φ170 (mm), and the discharge power density J that can be input is set to 2 W / cm 2.

Bタイプ放電セル形状の発生器では、1放電面積soが約104cm、放電径が約φ115(mm)、投入できる放電電力密度Jが4W/cmの設定となる。In the B-type discharge cell-shaped generator, one discharge area so is set to about 104 cm 2 , the discharge diameter is set to about φ115 (mm), and the discharge power density J that can be applied is set to 4 W / cm 2.

Cタイプ放電セル形状の発生器では、1放電面積soが約52cmで、放電径が約φ81(mm)で、投入できる放電電力密度Jが8W/cmの設定となる。In the C-type discharge cell-shaped generator, one discharge area so is about 52 cm 2 , the discharge diameter is about φ81 (mm), and the discharge power density J that can be input is set to 8 W / cm 2.

なお、オゾン発生器を冷却する冷却水温は一定の5℃に設定した。 The cooling water temperature for cooling the ozone generator was set to a constant 5 ° C.

図2に示すように、1放電面の放電径を比較的小さくすることにより、1放電空間におけるガス滞在時間Toは、1単位の放電セル(基本セルS1あるいはS2)に投入できる放電電力密度Jの増大割合に対し、Aタイプ放電セル形状の発生器は1倍、Bタイプ放電セル形状の発生器は1/2、Cタイプ放電セル形状の発生器は1/4となる。 As shown in FIG. 2, by making the discharge diameter of one discharge surface relatively small, the gas residence time To in one discharge space can be charged to one unit of discharge cells (basic cells S1 or S2). The A-type discharge cell-shaped generator is 1 times, the B-type discharge cell-shaped generator is 1/2, and the C-type discharge cell-shaped generator is 1/4 of the increase rate.

基本放電セル組の積層数nを6(放電面数12(放電空間数12))にすることで、1単位の放電セルでの平均ガス流速vo/dは、Aタイプ放電セル形状の発生器は1/12、Bタイプ放電セル形状の発生器は1/6、Cタイプ放電セル形状の発生器は1/3になる。したがって、1放電空間の流速は放電電力密度Jの増大割合に対し、それぞれのタイプで、積層数n(放電面数12)に対応した1/12の割合でしか平均ガス流速vo/dは大きくならない。 By setting the number of layers n of the basic discharge cell set to 6 (the number of discharge surfaces 12 (the number of discharge spaces 12)), the average gas flow velocity vo / d in one unit of the discharge cell is an A type discharge cell-shaped generator. Is 1/12, the B-type discharge cell-shaped generator is 1/6, and the C-type discharge cell-shaped generator is 1/3. Therefore, the flow velocity in one discharge space has a large average gas flow velocity vo / d only at a ratio of 1/12 corresponding to the number of layers n (number of discharge surfaces 12) for each type with respect to the rate of increase in the discharge power density J. It doesn't become.

その結果、オゾン発生器200内で生成したオゾンガスが放電空間を通過する際における総オゾン分解量Ydは、放電径が小さい放電セルの方が小さくなることが解る。1単位の放電セルの形状と放電セルの積層に対する高濃度オゾンガスが取出せる効果の詳細については後述する。 As a result, it can be seen that the total ozone decomposition amount Yd when the ozone gas generated in the ozone generator 200 passes through the discharge space is smaller in the discharge cell having a smaller discharge diameter. The details of the shape of one unit of the discharge cell and the effect of extracting high-concentration ozone gas on the stacking of the discharge cells will be described later.

図3は、実施の形態1のオゾン発生器200がA放電セル形状のタイプ発生器、Bタイプ放電セル形状の発生器、Cタイプ放電セル形状の発生器の場合、各々の放電面に原料ガスを流した場合における放電空間のガス滞在時間Toに対する総オゾン分解量Ydの特性を示すグラフである。 FIG. 3 shows that when the ozone generator 200 of the first embodiment is an A discharge cell-shaped type generator, a B-type discharge cell-shaped generator, and a C-type discharge cell-shaped generator, the raw material gas is on each discharge surface. It is a graph which shows the characteristic of the total ozone decomposition amount Yd with respect to the gas stay time To of the discharge space in the case of flowing.

図3において、Aタイプ放電セル形状の発生器の総オゾン分解量Ydの特性5000a、Bタイプ放電セル形状の発生器の総オゾン分解量Ydの特性5000b、Cタイプ放電セル形状の発生器の総オゾン分解量Yd特性5000cとなる。 In FIG. 3, the total ozone decomposition amount Yd characteristic 5000a of the A type discharge cell shape generator, the total ozone decomposition amount Yd characteristic 5000b of the B type discharge cell shape generator, and the total ozone decomposition amount Yd characteristic of the C type discharge cell shape generator. Ozonolysis amount Yd characteristic is 5000c.

また、破線で示した特性5000s1、特性5000s2は、放電電力密度Jにおける設定の境界値を考察した上下限を示している。 Further, the characteristic 5000s1 and the characteristic 5000s2 shown by the broken line indicate the upper and lower limits in consideration of the boundary value of the setting in the discharge power density J.

特性5000s1は、Aタイプ放電セル形状の発生器とBタイプ放電セル形状の発生器との間の放電電力密度Jが2.5W/cm設定に相当する境界特性である。The characteristic 5000s1 is a boundary characteristic corresponding to a setting of 2.5 W / cm 2 in the discharge power density J between the A-type discharge cell-shaped generator and the B-type discharge cell-shaped generator.

特性5000s2は、Bタイプ放電セル形状の発生器とCタイプ放電セル形状の発生器との間の放電電力密度Jが6.0W/cm設定に相当する境界特性である。The characteristic 5000s2 is a boundary characteristic corresponding to a setting of 6.0 W / cm 2 in the discharge power density J between the B-type discharge cell-shaped generator and the C-type discharge cell-shaped generator.

図3で示す特性5000a、5000b、及び5000cを比較する。図3に示すように、放電径を小さくすれば、ガス滞在時間Toが50ms以下の範囲において、ガス滞在時間Toに対応して、一定の割合で、総オゾン分解量Ydが高まる。一方、ガス滞在時間Toが50ms以上の範囲において、総オゾン分解量Ydは放電径が小さいほど少なくことが実験的に確かめられた。 The characteristics 5000a, 5000b, and 5000c shown in FIG. 3 are compared. As shown in FIG. 3, if the discharge diameter is reduced, the total ozone decomposition amount Yd increases at a constant rate corresponding to the gas residence time To in the range where the gas residence time To is 50 ms or less. On the other hand, it was experimentally confirmed that the total ozone decomposition amount Yd was smaller as the discharge diameter was smaller in the range where the gas residence time To was 50 ms or more.

つまり、放電面の放電径が小さい条件設定にすれば、放電空間でのオゾン分解量ydが少なくなり、その分、オゾン発生器200からの取出しオゾン量Ytが増加することを意味する。この点においては、Cタイプ放電セル形状の発生器が最も優れている。 That is, if the condition is set so that the discharge diameter of the discharge surface is small, the ozone decomposition amount yd in the discharge space is reduced, and the ozone amount Yt taken out from the ozone generator 200 is increased by that amount. In this respect, the C-type discharge cell-shaped generator is the most excellent.

一点鎖線で示した領域99aは、後に説明するが、高濃度のオゾンガスが取出せる範囲での総オゾン分解量Ydに相当する。図3に示すように、放電空間でのガス滞在時間Toは20ms〜80msの範囲において、領域99aの総オゾン分解量Ydは、約400g/h〜900g/hに抑えられており、特性5000aの総オゾン分解量Ydに比べ十分に低くなっているため、高濃度のオゾンガスを取出すことが期待できる。 The region 99a shown by the alternate long and short dash line corresponds to the total amount of ozone decomposition Yd in the range where high-concentration ozone gas can be taken out, which will be described later. As shown in FIG. 3, the total ozone decomposition amount Yd in the region 99a is suppressed to about 400 g / h to 900 g / h in the range of the gas residence time To in the discharge space of 20 ms to 80 ms, and the characteristic 5000a. Since it is sufficiently lower than the total amount of ozone decomposition Yd, it can be expected that a high concentration of ozone gas will be extracted.

図4は、Aタイプ放電セル形状の発生器、Bタイプ放電セル形状の発生器及びCタイプ放電セル形状の発生器それぞれの比電力値DW/Qに対する取出しオゾン濃度Ctの特性を示すグラフである。 FIG. 4 is a graph showing the characteristics of the extracted ozone concentration Ct with respect to the specific power value DW / Q of each of the A-type discharge cell-shaped generator, the B-type discharge cell-shaped generator, and the C-type discharge cell-shaped generator. ..

図4において、Aタイプ放電セル形状の発生器のオゾン取出し濃度Ctの特性4000a、Bタイプ放電セル形状の発生器のオゾン取出し濃度Ctの特性4000b、Cタイプ放電セル形状の発生器のオゾン取出し濃度Ctの特性4000cが示されている。 In FIG. 4, the ozone extraction concentration Ct characteristic 4000a of the A-type discharge cell-shaped generator, the ozone extraction concentration Ct characteristic 4000b of the B-type discharge cell-shaped generator, and the ozone extraction concentration of the C-type discharge cell-shaped generator The characteristic 4000c of Ct is shown.

また、破線で示した特性4000s1、特性4000s2は、図3と同じように、放電電力密度Jを可能な範囲で最大に設定できる放電セル形状の境界値を考察した上下限を示している。 Further, the characteristics 4000s1 and 4000s2 shown by the broken lines indicate the upper and lower limits in consideration of the boundary value of the discharge cell shape in which the discharge power density J can be set to the maximum possible range, as in FIG.

特性4000s1は、取出しオゾン濃度Ctが400g/mが得られる放電電力密度Jの放電セル形状の下限境界の特性結果を示し、その放電電力密度Jは約2.5W/cmまで設定できる放電セル形状である。The characteristic 4000s1 shows the characteristic result of the lower limit boundary of the discharge cell shape of the discharge power density J at which the extraction ozone concentration Ct is 400 g / m 3 , and the discharge power density J can be set up to about 2.5 W / cm 2. It has a cell shape.

特性4000s2は、取出しオゾン濃Ctが400g/mが得られる放電電力密度Jの放電セル形状の上限境界の特性結果を示し、その放電電力密度Jは約6.0W/cmまで設定できる放電セル形状である。The characteristic 4000s2 shows the characteristic result of the upper limit boundary of the discharge cell shape of the discharge power density J at which the extraction ozone concentration Ct is 400 g / m 3 , and the discharge power density J can be set up to about 6.0 W / cm 2. It has a cell shape.

取出しオゾン濃度Ctの特性は、比電力値DW/Qに応じた放電空間でのオゾン生成濃度を示すが、オゾン発生器に投入できる放電電力密度Jが異なる放電セル形状にした場合、取出しオゾン濃度Ctの特性も異なる。 The characteristic of the extracted ozone concentration Ct indicates the ozone generation concentration in the discharge space according to the specific power value DW / Q. However, when the discharge power density J that can be input to the ozone generator is different in the discharge cell shape, the extracted ozone concentration The characteristics of Ct are also different.

しかしながら、各特性(4000a、4000b、4000c)を有するAタイプ〜Cタイプのオゾン発生器において、オゾン生成濃度に相当する図4の比電力値DW/Qに対する特性(二点鎖線の接線特性)の勾配を見ると、放電面の放電径の小さい、放電電力密度Jを高くできるようにした放電セル形状ほど、小さい結果となる。つまり、放電空間で生成するオゾン生成能力は、放電電力密度Jが高くできるようにした放電セル形状の方が小さくなることを示している。 However, in the A type to C type ozone generators having each characteristic (4000a, 4000b, 4000c), the characteristic (tangential characteristic of the alternate long and short dash line) with respect to the specific power value DW / Q in FIG. 4 corresponding to the ozone generation concentration. Looking at the gradient, the smaller the discharge diameter of the discharge surface and the larger the discharge cell shape that allows the discharge power density J to be increased, the smaller the result. That is, it is shown that the ozone generation capacity generated in the discharge space is smaller in the discharge cell shape in which the discharge power density J can be increased.

図4で示す特性4000a、4000b、及び4000cは、オゾン生成濃度特性からオゾンガスの分解量を差し引いたものを示している。オゾンガスの分解量は、放電空間でオゾンガスが通過する際、オゾンガスが放電中の電子ne、イオンnや放電ガスngと衝突することによって生じるオゾン分解量と放電中に滞在しているオゾン自身の自己分解量との総和になる。The characteristics 4000a, 4000b, and 4000c shown in FIG. 4 show the ozone generation concentration characteristics minus the decomposition amount of ozone gas. The amount of ozone gas decomposed is the amount of ozone decomposition generated by the collision of ozone gas with electrons ne, ions n + and discharge gas ng during discharge when the ozone gas passes through the discharge space, and the amount of ozone that stays during the discharge. It is the sum of the amount of self-decomposition.

比電力値DW/Qに対する特性の接線特性であるオゾン生成濃度特性は、Aタイプ放電セル形状の発生器が最も大きく、放電セル径が小さくなり、投入できる放電電力密度Jを大きくしたものほどオゾン生成濃度特性は低くなる傾向を示している。 As for the ozone generation concentration characteristic, which is the tangential characteristic of the characteristic with respect to the specific power value DW / Q, the A type discharge cell-shaped generator has the largest, the discharge cell diameter is smaller, and the discharge power density J that can be input is larger, the ozone is ozone. The produced concentration characteristic tends to be low.

つまり、オゾン生成能力は、放電電力密度Jに逆比例する結果になる。放電空間中の窒素ガスの触媒作用や放電面での光触媒作用によるオゾン生成能力は放電電力密度Jを高くした放電セル形状ほど低くなる傾向を示している。 That is, the ozone generation capacity is inversely proportional to the discharge power density J. The ozone generation capacity due to the catalytic action of nitrogen gas in the discharge space and the photocatalytic action on the discharge surface tends to be lower as the discharge cell shape has a higher discharge power density J.

しかし、図3で示したように、放電径を変えた放電セルを多段に積層したオゾン発生器においては、放電径を小さくすると放電空間のガス滞在時間Toを短くすることができ、生成したオゾンの分解量を少なくすることができる。なぜなら、オゾンガスの分解は、放電空間内でオゾンガスが電子や放電ガスと衝突する分解と放電内で滞在している期間に生じる。そのため、生成したオゾン自身の自己分解と衝突による分解との総分解量は、ガス滞在時間Toを短くすることによって単純に小さくすることができるからである。 However, as shown in FIG. 3, in an ozone generator in which discharge cells having different discharge diameters are stacked in multiple stages, if the discharge diameter is reduced, the gas residence time To in the discharge space can be shortened, and the generated ozone can be shortened. The amount of decomposition of This is because the decomposition of ozone gas occurs during the decomposition in which the ozone gas collides with electrons and discharge gas in the discharge space and the period of stay in the discharge. Therefore, the total amount of decomposition between the self-decomposition of the generated ozone itself and the decomposition due to collision can be simply reduced by shortening the gas residence time To.

上記要因により、Aタイプ放電セル形状の発生器、Bタイプ放電セル形状の発生器及びCタイプ放電セル形状の発生器の取出しオゾン濃度Ctの特性が異なり、Bタイプ放電セル形状の発生器では、図4で示す領域99a内において、400g/m以上の高濃度オゾンを取り出すことができる。Due to the above factors, the characteristics of the ozone concentration Ct taken out from the A-type discharge cell-shaped generator, the B-type discharge cell-shaped generator, and the C-type discharge cell-shaped generator are different. In the region 99a shown in FIG. 4, high-concentration ozone of 400 g / m 3 or more can be extracted.

つまり、Aタイプ放電セル形状の発生器では、オゾン生成量は高いが、ガス滞在時間Toが比較的長いため、衝突による分解とオゾン自身の自己分解との総和であるオゾンの分解量が大きくなり、結果として、最大でも400g/m未満の濃度のオゾンガスしか取り出せないことを示している。In other words, in the A-type discharge cell-shaped generator, the amount of ozone generated is high, but the gas residence time To is relatively long, so the amount of ozone decomposition, which is the sum of the decomposition due to collision and the self-decomposition of ozone itself, becomes large. As a result, it is shown that only ozone gas having a concentration of less than 400 g / m 3 can be extracted at the maximum.

Bタイプ放電セル形状の発生器では、オゾン生成量はAタイプ放電セル形状の発生器に比べ低くなるが、ガス滞在時間Toが短くなるため、衝突による分解とオゾン自身の自己分解との総和であるオゾンの分解量が小さくなる。したがって、Bタイプ発生器は、結果として、比電力値DW/Qが600W・min/L以上の範囲で、400g/m以上の高濃度のオゾンが取出せることになる。In the B-type discharge cell-shaped generator, the amount of ozone generated is lower than that in the A-type discharge cell-shaped generator, but the gas residence time To is shorter, so the sum of the decomposition due to collision and the self-decomposition of ozone itself The amount of ozone decomposed becomes smaller. Therefore, as a result, the B-type generator can extract high-concentration ozone of 400 g / m 3 or more in the range of the specific power value DW / Q of 600 W · min / L or more.

本願発明は、Bタイプ放電セル形状の発生器のような高濃度のオゾンが取出せるオゾン発生器の放電セル形状と動作条件を見つけ出すことにあり、以下の要件を満足することが望ましいことを本願発明者は見出した。 The present invention is to find out the discharge cell shape and operating conditions of an ozone generator capable of extracting high-concentration ozone such as a B-type discharge cell-shaped generator, and it is desirable to satisfy the following requirements. The inventor found.

オゾン発生器200に供給する原料ガスの総ガス流量Qを略3.0L/min以上にすると、オゾン用電源100から投入する総放電電力DWは少なくとも1.8kW以上の電力を投入する必要がある。 When the total gas flow rate Q of the raw material gas supplied to the ozone generator 200 is set to about 3.0 L / min or more, the total discharge power DW input from the ozone power source 100 needs to be at least 1.8 kW or more. ..

さらに、Cタイプ放電セル形状の発生器では、所定の放電電力DWを投入するために放電電力密度Jを高くするため、放電空間におけるオゾン生成能力(二点鎖線)で決定するオゾン生成量が極端に低くなる。そのため、ガス滞在時間Toを短くなることで、衝突による分解とオゾン自身の自己分解との総和であるオゾン量の分解量を小さくしても、取出しオゾン濃度Ctは低くなる。 Further, in the C type discharge cell-shaped generator, since the discharge power density J is increased in order to input the predetermined discharge power DW, the ozone generation amount determined by the ozone generation capacity (two-point chain line) in the discharge space is extremely large. To be low. Therefore, by shortening the gas residence time To, the extracted ozone concentration Ct becomes low even if the decomposition amount of the ozone amount, which is the sum of the decomposition due to collision and the autolysis of ozone itself, is reduced.

結果として、Cタイプ放電セル形状の発生器では、原料ガスの総ガス流量Qと投入した放電電力DWの条件において、最大でも320g/m未満の濃度しか取り出せないことが判明した。As a result, it was found that the C-type discharge cell-shaped generator can extract a concentration of less than 320 g / m 3 at the maximum under the conditions of the total gas flow rate Q of the raw material gas and the input discharge power DW.

このことから、400g/m以上の高濃度のオゾンが取出せるオゾン発生器を実現するには、最適な放電セル形状があり、実施の形態1のオゾン発生器においては、放電セル形状の上限範囲としては、境界特性4000s2で示したように、放電電力密度Jを約6W/cm未満に限定したものが望ましく、放電電力密度Jの下限としては、境界特性4000s1で示したように、放電電力密度Jを約2.5W/cm以上に設定したものが望ましいという結果になった。From this, in order to realize an ozone generator capable of extracting ozone having a high concentration of 400 g / m 3 or more, there is an optimum discharge cell shape, and in the ozone generator of the first embodiment, the upper limit of the discharge cell shape is provided. As the range, it is desirable that the discharge power density J is limited to less than about 6 W / cm 2 as shown in the boundary characteristic 4000s2, and the lower limit of the discharge power density J is the discharge as shown in the boundary characteristic 4000s1. The result is that it is desirable that the power density J is set to about 2.5 W / cm 2 or more.

図5は、Aタイプ放電セル形状の発生器、Bタイプ放電セル形状の発生器及びCタイプ放電セル形状の発生器それぞれの原料ガスの総ガス流量Qに対する取出しオゾン濃度Ctの特性を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the characteristics of the extracted ozone concentration Ct with respect to the total gas flow rate Q of the raw material gas of each of the A-type discharge cell-shaped generator, the B-type discharge cell-shaped generator, and the C-type discharge cell-shaped generator. is there.

図5において、特性3000aはAタイプ放電セル形状の発生器の特性を示し、特性3000bはBタイプ放電セル形状の発生器の特性を示し、特性3000cはCタイプ放電セル形状の発生器の特性を示す。 In FIG. 5, characteristic 3000a indicates the characteristics of an A-type discharge cell-shaped generator, characteristic 3000b indicates characteristics of a B-type discharge cell-shaped generator, and characteristic 3000c indicates characteristics of a C-type discharge cell-shaped generator. Shown.

特性枠である領域99aは、取出しオゾン濃度が400g/m以上の高濃度のオゾンが得られるガス流量域を示し、Bタイプ放電セル形状の発生器において、供給する原料ガスの総ガス流量Qは、約25L/min未満で400g/m以上の高濃度が得られることが分かった。The region 99a, which is a characteristic frame, indicates a gas flow rate range in which high-concentration ozone having a extraction ozone concentration of 400 g / m 3 or more can be obtained, and the total gas flow rate Q of the raw material gas supplied in the B-type discharge cell-shaped generator. It was found that a high concentration of 400 g / m 3 or more can be obtained at less than about 25 L / min.

さらに、特性枠99bは、従来のオゾン発生器相当のAタイプ放電セル形状の発生器で得られるオゾン濃度特性3000aに比べ、比較的高濃度なオゾンガスが得られるガス流量域を示し、Bタイプ放電セル形状の発生器において、供給する原料ガスの総ガス流量Qは、50L/min未満で高濃度なオゾンガスが得られることが分かった。 Further, the characteristic frame 99b indicates a gas flow rate range in which a relatively high concentration of ozone gas can be obtained as compared with the ozone concentration characteristic 3000a obtained by an A type discharge cell-shaped generator equivalent to a conventional ozone generator, and a B type discharge. It was found that in the cell-shaped generator, the total gas flow rate Q of the raw material gas to be supplied was less than 50 L / min, and high-concentration ozone gas could be obtained.

また、図5では、供給する原料ガスの総ガス流量Qが、略3.0L/min未満においては、Aタイプ放電セル形状の発生器においても、400g/m以上の高濃度のオゾンガスを得ることができる。しかし、この場合、取出せる総オゾン量は100g/h未満であり、少量のオゾン量を必要とする市場は少ない。また、本オゾン発生器では、大流量のオゾンガスが取り出せ、かつ、高濃度なオゾンガスが得られることを目的としているため、低ガス流量における高濃度のオゾンガスを得られるものは射程外となる。Further, in FIG. 5, when the total gas flow rate Q of the raw material gas to be supplied is less than about 3.0 L / min, a high concentration ozone gas of 400 g / m 3 or more can be obtained even in the A type discharge cell-shaped generator. be able to. However, in this case, the total amount of ozone that can be extracted is less than 100 g / h, and there are few markets that require a small amount of ozone. Further, since the purpose of this ozone generator is to be able to take out a large flow rate of ozone gas and obtain a high concentration ozone gas, those that can obtain a high concentration ozone gas at a low gas flow rate are out of range.

さらに、Aタイプ放電セル形状の発生器で、特殊なオゾン発生器として、発生器の冷却温度を5℃未満にして、400g/m以上の高濃度のオゾンガスを得ることが考えられる。しかしながら、冷却温度を5℃未満にしたものは冷却能力をアップした付帯設備が必要になり、実用上のメリットがないため、実施の形態1では、オゾンガス発生システム1000として冷却温度の適用温度としては5℃以上に設定とした。Further, it is conceivable to obtain a high concentration ozone gas of 400 g / m 3 or more by setting the cooling temperature of the generator to less than 5 ° C. as a special ozone generator in the A type discharge cell shape generator. However, if the cooling temperature is less than 5 ° C, ancillary equipment with increased cooling capacity is required and there is no practical merit. Therefore, in the first embodiment, the cooling temperature is applied as the ozone gas generation system 1000. The temperature was set to 5 ° C. or higher.

オゾン発生器200は、各放電セルの接地冷却電極1と高圧電極3a、3bとの間にオゾン発生用交流電圧を印加し、酸素ガスを含んだ原料ガスが注入された放電空間に放電現象を生じさせてオゾンガスを発生させている。 The ozone generator 200 applies an AC voltage for ozone generation between the ground cooling electrode 1 of each discharge cell and the high-voltage electrodes 3a and 3b, and causes a discharge phenomenon in the discharge space in which the raw material gas containing oxygen gas is injected. It is generated to generate ozone gas.

図1に示したオゾン用電源100の並列共振用トランス25から高圧ブッシングを介して高圧電極3a、3bの給電部である高電圧端子HVにオゾン発生用交流電圧が印加される。このオゾン発生用交流電圧によって総放電電力DWが規定される。 An AC voltage for ozone generation is applied from the parallel resonance transformer 25 of the ozone power supply 100 shown in FIG. 1 to the high voltage terminal HV which is the feeding portion of the high voltage electrodes 3a and 3b via the high voltage bushing. The total discharge power DW is defined by the AC voltage for ozone generation.

すると、各放電セル(基本セルS1あるいは基本セルS2)の放電空間に誘電体電極2a、2bを介して誘電体バリア放電が発生する。この際、総放電電力DWに基づき各放電セルに投入できる放電電力密度J(=DW/S)(W/cm)の電力密度が放電セルに投入される。各放電セルの放電空間で生成されたオゾンガスは、図2で示すように、放電空間の中央に設けた開口部15から接地冷却電極1内の出力経路17を介して、マニホールドブロック9のオゾンガス出力経路92に集められ、オゾン発生器200から取出される。Then, a dielectric barrier discharge is generated in the discharge space of each discharge cell (basic cell S1 or basic cell S2) via the dielectric electrodes 2a and 2b. At this time, the power density of the discharge power density J (= DW / S) (W / cm 2 ) that can be charged to each discharge cell based on the total discharge power DW is charged to the discharge cell. As shown in FIG. 2, the ozone gas generated in the discharge space of each discharge cell is the ozone gas output of the manifold block 9 from the opening 15 provided in the center of the discharge space through the output path 17 in the ground cooling electrode 1. It is collected in path 92 and taken out of the ozone generator 200.

接地冷却電極1及び低圧冷却板5の内部は冷却するための冷却空間(図示せず)が設けられており、基台10に設けられた冷却水経路、マニホールドブロック9の冷却水出力経路91及び冷却水入力経路93を経由して、接地冷却電極1及び低圧冷却板5内に冷却水を流すことで各放電セルを冷却している。このように、接地冷却電極1、低圧冷却板5、基台10、及びマニホールドブロック9を含んで、放電セルを所定の冷却温度に冷却する冷却機構が構成される。 A cooling space (not shown) for cooling is provided inside the ground cooling electrode 1 and the low pressure cooling plate 5, and the cooling water path provided on the base 10, the cooling water output path 91 of the manifold block 9, and the cooling water output path 91 of the manifold block 9 are provided. Each discharge cell is cooled by flowing cooling water into the ground cooling electrode 1 and the low-pressure cooling plate 5 via the cooling water input path 93. As described above, a cooling mechanism for cooling the discharge cell to a predetermined cooling temperature is configured including the ground cooling electrode 1, the low-pressure cooling plate 5, the base 10, and the manifold block 9.

以下、1単位の放電セルにおける1放電面の形状について説明し、さらに、複数の放電セルを積層する効果について説明する。 Hereinafter, the shape of one discharge surface in one unit of discharge cells will be described, and further, the effect of stacking a plurality of discharge cells will be described.

オゾンガス発生システム1000において、基本セルS1及びS2を有する基本放電セル組を多段(6段)に積層したもの(放電面:12面)で高濃度なオゾンガスが取出せる条件について説明した。 In the ozone gas generation system 1000, a condition in which a basic discharge cell set having basic cells S1 and S2 is laminated in multiple stages (6 stages) (discharge surface: 12 surfaces) and a high concentration of ozone gas can be taken out has been described.

ここでは、より本願発明の適用範囲を明確にするため、1単位の放電セルにおける1放電空間での高濃度オゾンガスが取出せる条件を説明する。以下、原料ガスの総ガス流量Q(原料ガス流量)のガス流量範囲を略3.0L/min以上の大流量域において、より高濃度(400g/m相当以上)なオゾンガスが取出せる放電セルの積層する効果について説明する。Here, in order to clarify the scope of application of the present invention, the conditions under which high-concentration ozone gas can be taken out in one discharge space in one unit of discharge cell will be described. Hereinafter, a discharge cell capable of extracting ozone gas having a higher concentration (equivalent to 400 g / m 3 or more) in a large flow rate range of approximately 3.0 L / min or more in the gas flow rate range of the total gas flow rate Q (raw material gas flow rate) of the raw material gas. The effect of stacking the above will be described.

積層したオゾン発生器における図5で示した総ガス流量Qに対する取り出しオゾン濃度Ct特性から。高濃度で所定量のオゾンガスを効率よく取出すべく、1単位の放電セル(1放電面)に供給する原料ガス流量qoが略0.5L/min〜略2.5L/min弱の範囲を満足するように、1放電面の放電面積soを小さくした放電セル形状に設定することが望ましい。 From the extracted ozone concentration Ct characteristics with respect to the total gas flow rate Q shown in FIG. 5 in the laminated ozone generator. The raw material gas flow rate qo supplied to one unit of the discharge cell (one discharge surface) satisfies the range of about 0.5 L / min to about 2.5 L / min in order to efficiently take out a predetermined amount of ozone gas at a high concentration. As described above, it is desirable to set the discharge cell shape in which the discharge area so of one discharge surface is reduced.

すなわち、高ガス流量域まで高濃度なオゾンガスが取出すために、1単位の放電セルの多段に積層すべく、基本放電セル組の積層枚数nを増やす手段を講じ、1放電面積soを略約30cm〜略160cmに設定することが重要である。また、原料ガスの総ガス流量Qおいて、高出力の取出しオゾン量Ytを得るために、放電面の放電径を小さくして放電面積soを規定した1単位の放電セルを多段に積層する(積層枚数nを増やす)手段を講じ、かつ、投入できる放電電力密度Jを略2.5W/cm〜略6.0W/cmの範囲に設定したオゾンガス発生システム1000が望ましい。That is, in order to extract high-concentration ozone gas up to a high gas flow rate range, a means is taken to increase the number of layers n of the basic discharge cell set in order to stack one unit of discharge cells in multiple stages, and one discharge area so is approximately 30 cm. It is important to set it to 2 to approximately 160 cm 2. Further, in order to obtain a high-output extraction ozone amount Yt at the total gas flow rate Q of the raw material gas, one unit of discharge cells in which the discharge diameter of the discharge surface is reduced and the discharge area so is defined is stacked in multiple stages ( laminating increase the number n) taking steps, and substantially 2.5 W / cm 2 ~ substantially ozone gas generator system 1000 is set in a range of 6.0 W / cm 2 is desirable to put it discharge power density J.

そして、1放電面積soと放電電力密度Jとから放電電力dw(=so・J)が求まり、放電ギャップ長dを数十〜数百μmとした1放電空間に供給する原料ガス流量qoを略0.5L/min〜略2.5L/min弱範囲において、Bタイプの放電セル形状を採用した場合を考える。この場合、オゾン濃度が400g/mを超える高濃度オゾンが取出せ、多段に積層する枚数nに比例して取出せるオゾン流量を増やせることになる。また、Bタイプの放電セル形状において、総ガス流量Qで、可能な範囲で最大の取出しオゾン量Ytを得るため、上述した条件を満足し、かつ、可能な範囲で最大となるように、放電電力密度Jから放電電力dw(=so・J)を決定し、放電ギャップ長dを数十〜数百μmとした1放電空間に供給する原料ガス流量qoを可能な範囲で最大に設定することが望ましい。Then, the discharge power dw (= so · J) is obtained from the one discharge area so and the discharge power density J, and the raw material gas flow rate qo supplied to one discharge space having a discharge gap length d of several tens to several hundreds μm is abbreviated. Consider the case where the B type discharge cell shape is adopted in the range of 0.5 L / min to about 2.5 L / min. In this case, high-concentration ozone having an ozone concentration of more than 400 g / m 3 can be taken out, and the ozone flow rate that can be taken out can be increased in proportion to the number n of multiple layers. Further, in the B type discharge cell shape, in order to obtain the maximum amount of extracted ozone Yt in the possible range in the total gas flow rate Q, the discharge is performed so as to satisfy the above-mentioned conditions and to be the maximum in the possible range. The discharge power dw (= so · J) is determined from the power density J, and the raw material gas flow rate qo supplied to one discharge space having a discharge gap length d of several tens to several hundreds μm is set to the maximum possible range. Is desirable.

1放電面積soを30cm〜160cmに規定する具体的方法としては、1例としては平面視して円状の放電セルの放電面の直径をφ70mm〜φ140mmの範囲にして、放電面積soを規定していることになり、原料ガスの総ガス流量Qを高めたオゾン発生器にするには、1単位の放電セルを多段に積層して、発生器の総放電面積S(=2・n・so)を確保する必要がある。1 discharge area so as specific method prescribed in 30cm 2 ~160cm 2 is the diameter of the discharge surface of the circular discharge cells in plan view as an example in the range of Fai70mm~fai140mm, the discharge area so In order to make an ozone generator with an increased total gas flow rate Q of the raw material gas, one unit of discharge cells is stacked in multiple stages, and the total discharge area S (= 2.n) of the generator is specified.・ It is necessary to secure so).

また、1放電面の放電面積soを30cm〜160cmに規定した放電セル形状の発生器において、投入する総放電電力DWをパラメータとする放電電力密度J(=DW/S)を低い値に規定するには、オゾン発生器の総放電面積Sを大きくしなければならなくなり、基準放電セル組の積層枚数n(=S/(2・so))を増やす必要が生じる。積層枚数nを増やすとオゾン発生器の製作コスト等が高くなることを避けるには、1放電面に投入できる放電電力密度Jを、オゾンガス発生システム1000において最も有効な条件範囲内で高い値に設定することが望ましい。Further, in the generator of a discharge cell shape defining the discharge area so one discharge surface to 30cm 2 ~160cm 2, to a lower value of the discharge power density J (= DW / S) to the total discharge power DW to be introduced as a parameter In order to specify, the total discharge area S of the ozone generator must be increased, and it becomes necessary to increase the number of stacked sheets n (= S / (2.so)) of the reference discharge cell set. In order to avoid increasing the manufacturing cost of the ozone generator when the number of layers n is increased, the discharge power density J that can be applied to one discharge surface is set to a high value within the most effective condition range in the ozone gas generation system 1000. It is desirable to do.

高濃度なオゾンガスが取出せる原料ガスの総ガス流量Qをより大ガス流量までアップさせたオゾンガス発生システム1000を構成するには、放電面積so、放電電力密度J、投入した放電電力dwおよび1放電空間に供給する原料ガス流量qoに関し、上述した条件を満足する1単位の放電セルを実現し、上述した積層枚数nを増やすことが不可欠になる。 In order to configure the ozone gas generation system 1000 in which the total gas flow rate Q of the raw material gas capable of extracting high-concentration ozone gas is increased to a larger gas flow rate, the discharge area so, the discharge power density J, the input discharge power dw and one discharge With respect to the raw material gas flow rate qo supplied to the space, it is indispensable to realize a one-unit discharge cell that satisfies the above-mentioned conditions and increase the above-mentioned number of laminated sheets n.

また、原料ガスの総ガス流量Qが大きい領域において、高出力の取出しオゾン量Ytを最大限に高めるオゾンガス発生システム1000を構成するには、放電面積so、放電電力密度J、投入した放電電力dwおよび1放電空間に供給する原料ガス流量qoを、可能な範囲で最大値に設定し、上述した条件を満足する1放電面を実現し、積層枚数nで多段に基本放電セル組を積層することが必要となる。 Further, in order to configure the ozone gas generation system 1000 that maximizes the high output extracted ozone amount Yt in the region where the total gas flow rate Q of the raw material gas is large, the discharge area so, the discharge power density J, and the input discharge power dw And, the raw material gas flow rate qo supplied to one discharge space is set to the maximum value within the possible range, one discharge surface satisfying the above-mentioned conditions is realized, and the basic discharge cell sets are laminated in multiple stages with the number of layers n. Is required.

つまり、オゾン発生器200において、上述した条件を満足する1放電面を2n個設け、投入する総放電電力DW(=2・n・dw)を満足するオゾン発生用交流電圧を出力するオゾン用電源100が必要になる。 That is, in the ozone generator 200, 2n of 1 discharge surfaces satisfying the above-mentioned conditions are provided, and an ozone power source that outputs an ozone generation AC voltage satisfying the total discharge power DW (= 2 · n · dw) to be input. 100 is needed.

その結果、オゾンガス発生システム1000は、2n個の放電空間に供給する原料ガスの総ガス流量Q(=α・2・n・qo)を供給可能になる。なお、α値は、1放電面を2n個分積層してオゾンガスを合流させた場合の減損率を示す定数である。 As a result, the ozone gas generation system 1000 can supply the total gas flow rate Q (= α, 2, n, qo) of the raw material gas to be supplied to the 2n discharge spaces. The α value is a constant indicating the impairment rate when 2 n discharge surfaces are laminated and ozone gas is merged.

次に高濃度オゾンガスを取り出すためのオゾン発生器の動作に関しての諸条件について説明する。 Next, various conditions regarding the operation of the ozone generator for extracting high-concentration ozone gas will be described.

図6は、オゾン用電源100の動作周波数fに対する総放電電力DWを投入した際のAタイプ放電セル形状の発生器、Bタイプ放電セル形状の発生器及びCタイプ放電セル形状の発生器に印加される負荷ピーク電圧Vpの特性を示すグラフである。 FIG. 6 is applied to an A-type discharge cell-shaped generator, a B-type discharge cell-shaped generator, and a C-type discharge cell-shaped generator when the total discharge power DW with respect to the operating frequency f of the ozone power supply 100 is applied. It is a graph which shows the characteristic of the load peak voltage Vp which is performed.

以下、オゾン用電源100の動作周波数を20kHz〜50kHzにした根拠について図6を参照して説明する。 Hereinafter, the grounds for setting the operating frequency of the ozone power supply 100 to 20 kHz to 50 kHz will be described with reference to FIG.

図6において、特性7000aはAタイプ放電セル形状の発生器の放電電力密度J(=DW/S)が2W/cm条件時の負荷ピーク電圧Vpの特性を示す。In FIG. 6, the characteristic 7000a shows the characteristic of the load peak voltage Vp when the discharge power density J (= DW / S) of the A type discharge cell-shaped generator is 2 W / cm 2.

特性7000bは、Bタイプ放電セル形状の発生器の放電電力密度Jが4W/cm条件時の負荷ピーク電圧Vpの特性を示す。The characteristic 7000b indicates the characteristic of the load peak voltage Vp when the discharge power density J of the B-type discharge cell-shaped generator is 4 W / cm 2.

また、特性7000cはCタイプ発生器の放電電力密度Jが8W/cm条件時の負荷ピーク電圧Vp特性を示す。The characteristic 7000c indicates the load peak voltage Vp characteristic when the discharge power density J of the C type generator is 8 W / cm 2.

放電電力密度Jが4W/cm条件時の負荷ピーク電圧Vpの特性7000bにおいて、Bタイプ放電セル形状の発生器では、領域99a内で最も高濃度のオゾンガスが取出せることが実験的に判明した。It was experimentally found that the B-type discharge cell-shaped generator can extract the highest concentration of ozone gas in the region 99a in the characteristic 7000b of the load peak voltage Vp when the discharge power density J is 4 W / cm 2. ..

破線で示した特性7000s1、特性7000s2は、本発明範囲の放電電力密度Jの放電セル形状の境界値を考察した上下限を示した特性図である。 The characteristic 7000s1 and the characteristic 7000s2 shown by the broken line are characteristic diagrams showing the upper and lower limits in consideration of the boundary value of the discharge cell shape of the discharge power density J in the range of the present invention.

特性7000s1は、放電電力密度Jが少なくとも2.5W/cmの放電セル形状の境界特性を示している。特性7000s2は、放電電力密度Jの設定が最大限界の6W/cmの放電セル形状の境界特性である。The characteristic 7000s1 shows the boundary characteristic of the discharge cell shape having a discharge power density J of at least 2.5 W / cm 2. The characteristic 7000s2 is a boundary characteristic of the discharge cell shape of 6 W / cm 2 at which the setting of the discharge power density J is the maximum limit.

したがって、領域99aと特性7000s1,7000s2との関係から、所定のガス流量Qにおいて、400g/m以上の高濃度のオゾンガスが得られ、かつ、供給するガス流量Qで、所望の取出しオゾン量Ytが得られる装置にする放電電力密度J(=DW/S)を得るためには、放電電力密度Jの下限は約2.5W/cm付近以上で、放電電力密度Jの上限は約6.0W/cmの条件範囲にするのが望ましい結果になった。Therefore, from the relationship between the region 99a and the characteristics 7000s1 and 7000s2, a high concentration ozone gas of 400 g / m 3 or more can be obtained at a predetermined gas flow rate Q, and a desired extracted ozone amount Yt is obtained at the supplied gas flow rate Q. In order to obtain the discharge power density J (= DW / S), the lower limit of the discharge power density J is about 2.5 W / cm 2 or more, and the upper limit of the discharge power density J is about 6. It was desirable to set the condition range to 0 W / cm 2.

以下、オゾン用電源100の動作周波数fを20kHz〜50kHzの電源方式を説明する。そして、オゾン用電源100において、高周波インバータ部であるインバータ回路部22を採用したこと、及び、高周波・高電圧トランスである並列共振用トランス25とオゾン発生器200との間に並列共振型を実現したことについて説明する。 Hereinafter, a power supply system in which the operating frequency f of the ozone power supply 100 is 20 kHz to 50 kHz will be described. Then, in the ozone power supply 100, the inverter circuit unit 22 which is a high frequency inverter unit is adopted, and the parallel resonance type is realized between the parallel resonance transformer 25 which is a high frequency / high voltage transformer and the ozone generator 200. Explain what you did.

図6に示すように、動作周波数fが低くなると、比較的大きい総放電電力DWを投入して、放電電力密度J(=DW/S)を高くすると、負荷ピーク電圧Vpが高くなる特性を示す。 As shown in FIG. 6, when the operating frequency f becomes low, a relatively large total discharge power DW is input, and when the discharge power density J (= DW / S) is increased, the load peak voltage Vp increases. ..

負荷ピーク電圧Vpが高くなると、オゾン発生器200の耐電圧を十分確保するために、オゾン発生器200を大きくする必要がある。負荷ピーク電圧Vpは、オゾン用電源100としては10kVp未満であれば、インバータ回路部22は、比較的コンパクトで安定したものが可能である。 When the load peak voltage Vp becomes high, it is necessary to increase the ozone generator 200 in order to sufficiently secure the withstand voltage of the ozone generator 200. If the load peak voltage Vp is less than 10 kVp for the ozone power supply 100, the inverter circuit unit 22 can be relatively compact and stable.

また、負荷ピーク電圧Vpが7kVp以上になれば、耐電圧を確保すべく、並列共振用トランス25を大きくしたり、オゾン発生器の高圧部と低圧部との空間距離を大きくしたりする必要が生じ、オゾン発生器自身が大きくなる。 Further, when the load peak voltage Vp becomes 7 kVp or more, it is necessary to increase the parallel resonance transformer 25 or increase the spatial distance between the high-voltage part and the low-voltage part of the ozone generator in order to secure the withstand voltage. It is generated and the ozone generator itself becomes large.

さらに、並列共振用トランス25の巻数比が大きくなるなどの問題点が生じる。そのため、オゾンガス発生システム1000としては、負荷印加電圧Vdにおける負荷ピークであるVpは7kVp(5.0kVrms)未満となるようにして、所望の総放電電力DWを供給することが望ましい。 Further, there arises a problem that the turns ratio of the parallel resonance transformer 25 becomes large. Therefore, it is desirable that the ozone gas generation system 1000 supplies the desired total discharge power DW so that the load peak Vp at the load applied voltage Vd is less than 7 kVp (5.0 kVrms).

図6に示すように、負荷ピーク電圧Vpが7kVp(5.0kVrms)未満としたオゾン用電源100に限定した場合、400g/m以上の高濃度なオゾンガスが取出せ、かつ、総ガス流量Qで取出しオゾン量Ytを最大とするオゾンガス発生システム1000としては、動作周波数fは20kHz以上が望ましい。As shown in FIG. 6, when the load peak voltage Vp is limited to the ozone power supply 100 having a load peak voltage Vp of less than 7 kVp (5.0 kVrms) , high-concentration ozone gas of 400 g / m 3 or more can be taken out, and the total gas flow rate Q is The operating frequency f is preferably 20 kHz or higher for the ozone gas generation system 1000 that maximizes the amount of extracted ozone Yt.

一方、動作周波数fが高くなると、オゾン発生器200で生成されるオゾン生成能力が低下する傾向があるため、400g/m以上の高濃度オゾンが取出せる高濃度オゾンガス発生装置としては、動作周波数fは50kHz未満が望ましい。On the other hand, when the operating frequency f becomes high, the ozone generation capacity generated by the ozone generator 200 tends to decrease. Therefore, as a high-concentration ozone gas generator capable of extracting high-concentration ozone of 400 g / m 3 or more, the operating frequency It is desirable that f is less than 50 kHz.

それに加え、総ガス流量Q(原料ガス流量)のガス流量範囲を略3.0L/min以上のガス流量で、400g/m以上の高濃度なオゾンガスを取り出せ、かつ、総ガス流量Qで取出しオゾン量Ytを最大にするためのオゾンガス発生システム1000にするには、1.8kW以上の総放電電力DWを供給するオゾン用電源100が必要となる。したがって、1.8kW以上が出力できる並列共振用トランス25としては、オゾン用電源のノイズ対策面や出力電力の安定供給面を考慮すると、実用上、動作周波数fは20kHz以上で30kHz未満が特に望ましい。In addition, the gas flow rate range of the total gas flow rate Q (raw material gas flow rate) is approximately 3.0 L / min or more, and high-concentration ozone gas of 400 g / m 3 or more can be taken out, and the total gas flow rate Q is taken out. In order to make the ozone gas generation system 1000 for maximizing the amount of ozone Yt, an ozone power source 100 that supplies a total discharge power DW of 1.8 kW or more is required. Therefore, as the parallel resonance transformer 25 capable of outputting 1.8 kW or more, it is particularly desirable that the operating frequency f is 20 kHz or more and less than 30 kHz in consideration of the noise countermeasure aspect of the ozone power supply and the stable supply aspect of the output power. ..

以上、図6で示したように、原料ガスの総ガス流量Q(原料ガス流量)のガス流量範囲を略3.0L/min以上のガス流量で、400g/m以上の高濃度オゾンを取り出せるオゾンガス発生システム1000としては、以下の条件を満足する必要があることがわかる。As described above, as shown in FIG. 6, the gas flow rate range of the total gas flow rate Q (raw material gas flow rate) of the raw material gas is approximately 3.0 L / min or more, and high-concentration ozone of 400 g / m 3 or more can be extracted. It can be seen that the ozone gas generation system 1000 needs to satisfy the following conditions.

・1単位の放電セルにおける1放電面積soを略約30cm〜略160cmに設定する。
・1放電面積soと放電電力密度Jから1単位の放電セルの放電空間における放電電力dw(=so・J)を規定する。
-Set one discharge area so in one unit of discharge cell to about 30 cm 2 to about 160 cm 2 .
The discharge power dw (= so · J) in the discharge space of the discharge cell of 1 unit from 1 discharge area so and the discharge power density J is defined.

また、原料ガスの総ガス流量Qを可能な範囲で最大に設定して、高出力の取出しオゾン量Ytが得られるオゾンガス発生システム1000を構成する条件としては、以下の条件を満足することが望ましい。 Further, it is desirable to satisfy the following conditions as conditions for configuring the ozone gas generation system 1000 in which the total gas flow rate Q of the raw material gas is set to the maximum possible range and a high output ozone amount Yt can be obtained. ..

・放電電力密度J(=DW/S)を2.5W/cm〜6W/cmの範囲設定に規定する。
・放電ギャップ長dを数十〜数百μmとした1放電空間に供給する原料ガス流量qoを略0.5L/min〜略2.5L/min弱範囲に規定する。
And discharging power density J to (= DW / S) as defined in 2.5W / cm 2 ~6W / cm 2 range settings.
The raw material gas flow rate qo supplied to one discharge space having a discharge gap length d of several tens to several hundreds of μm is defined in a range of approximately 0.5 L / min to approximately 2.5 L / min.

原料ガス流量qoと1放電面積soとを上述した条件を満足するように設定することで、1放電空間における平均ガス流速vo/dを最適速度に設定するとともに、放電空間でのガス滞在時間Toを短くすることができ、高濃度なオゾンガスを取出すことが可能となる。 By setting the raw material gas flow rate qo and one discharge area so so as to satisfy the above-mentioned conditions, the average gas flow velocity vo / d in one discharge space is set to the optimum speed, and the gas residence time To in the discharge space is set. Can be shortened, and high-concentration ozone gas can be taken out.

さらに、以下のようにオゾン発生器を構成することが望ましい。
・1放電面で取り出せるオゾン濃度を高濃度にし、基本セルS1及びS2を有する放電セルを多段に積層したオゾン発生器とする。
Furthermore, it is desirable to configure the ozone generator as follows.
-The ozone concentration that can be taken out from one discharge surface is set to a high concentration, and an ozone generator in which discharge cells having basic cells S1 and S2 are stacked in multiple stages is used.

また、オゾン用電源100は以下の条件を満足することが望ましい。
・オゾン発生用交流電圧の出力周波数を20kHz〜50kHz未満の範囲にして、所望の総放電電力DWを出力制御できる。
Further, it is desirable that the ozone power source 100 satisfies the following conditions.
-The output frequency of the AC voltage for ozone generation can be set in the range of 20 kHz to less than 50 kHz, and the output control of the desired total discharge power DW can be performed.

上記条件を満足させて、オゾンガス発生システム1000を構成することにより、大流量、高濃度なオゾンガスを取り出せる効果を奏する。さらに、オゾンガス発生システム1000をコンパクト、かつ安価に構成することができる。 By satisfying the above conditions and configuring the ozone gas generation system 1000, it is possible to obtain an effect that a large flow rate and a high concentration of ozone gas can be taken out. Further, the ozone gas generation system 1000 can be configured compactly and inexpensively.

(オゾンガス発生システム1000の種々の条件)
オゾンガス発生システム1000は、原料ガスの総ガス流量Q(原料ガス流量)のガス流量範囲を略3.0L/min以上の大流量で、取出せるオゾン濃度が高濃度(400g/m)となるように、放電セルを多段に積層している。
(Various conditions of ozone gas generation system 1000)
The ozone gas generation system 1000 has a large flow rate of approximately 3.0 L / min or more in the gas flow rate range of the total gas flow rate Q (raw material gas flow rate) of the raw material gas, and the ozone concentration that can be taken out is high (400 g / m 3 ). As described above, the discharge cells are stacked in multiple stages.

オゾンガス発生システム1000は、400g/m以上の高濃度なオゾンガスを取り出すべく、比電力値DW/Qの範囲を600以上にしたオゾン用電源100オゾン用電源を設けることが望ましい。It is desirable that the ozone gas generation system 1000 is provided with an ozone power source 100 ozone power source having a specific power value DW / Q range of 600 or more in order to take out high-concentration ozone gas of 400 g / m 3 or more.

特に、オゾン用電源100が供給するオゾン発生用交流電圧による総放電電力DWの範囲としては、1.8kW〜15kW程度が望ましい。 In particular, the range of the total discharge power DW due to the ozone generation AC voltage supplied by the ozone power source 100 is preferably about 1.8 kW to 15 kW.

オゾン用電源100は、放電空間の放電ギャップ長dが長くなれば、ガス滞在時間Toが非常に長くなり、放電空間で生成するオゾン生成量に対するオゾン分解量が非常に大きくなり、高濃度なオゾンガスを取り出せなくなる。 In the ozone power supply 100, if the discharge gap length d in the discharge space becomes long, the gas residence time To becomes very long, the amount of ozone decomposition with respect to the amount of ozone generated in the discharge space becomes very large, and the high concentration ozone gas Cannot be taken out.

また、放電ギャップ長dが短くなり過ぎると、また、放電空間を通過するガス流速が増し、放電面が接近することで生成したオゾンガスと放電面の壁との衝突や放電空間でのガス衝突や発生した電子、イオン、放電ガスとの衝突が増すため、オゾン分解量が非常に大きくなる。このように、放電ギャップ長dが短くなり過ぎると、高濃度なオゾンガスを取り出せなくなるため、放電ギャップ長dは、数十〜数百μm条件の短ギャップ長範囲にすることが望ましい。特に、より高濃度なオゾンガスを取り出すためには、放電ギャップ長dを20μm〜100μmの範囲にすることで、より効果を奏する。 Further, if the discharge gap length d becomes too short, the gas flow velocity passing through the discharge space increases, and the ozone gas generated by the approaching of the discharge surfaces collides with the wall of the discharge surface, or the gas collides in the discharge space. Since the collision with the generated electrons, ions, and discharge gas increases, the amount of ozone decomposition becomes very large. As described above, if the discharge gap length d becomes too short, it becomes impossible to take out high-concentration ozone gas. Therefore, it is desirable that the discharge gap length d be in the short gap length range under the condition of several tens to several hundreds of μm. In particular, in order to take out a higher concentration ozone gas, it is more effective to set the discharge gap length d in the range of 20 μm to 100 μm.

原料ガスの総ガス流量Qの範囲としては、400g/m以上の高濃度なオゾンガスが得られる範囲は、3SLM〜25SLM程度であり、また、従来の装置に比較して高濃度なオゾンガスが得られる範囲としては、3SLM〜50SLM程度の範囲が望ましい。As for the range of the total gas flow rate Q of the raw material gas, the range in which a high concentration ozone gas of 400 g / m 3 or more can be obtained is about 3 SLM to 25 SLM, and a high concentration ozone gas can be obtained as compared with the conventional apparatus. As the range to be used, a range of about 3 SLM to 50 SLM is desirable.

(実施の形態1の効果)
実施の形態1のオゾン用電源100は、各々が放電面となる1対の平板電極1と高圧電極3a(3b)に誘電体を介し配置した基本セルS1(S2)を有するオゾン発生器200と、オゾン発生器200にオゾン発生用交流電圧を付与するオゾン用電源100とを備えて構成されている。
(Effect of Embodiment 1)
The ozone power source 100 of the first embodiment includes an ozone generator 200 having a pair of flat plate electrodes 1 and high-voltage electrodes 3a (3b), each of which serves as a discharge surface, having basic cells S1 (S2) arranged via a dielectric. The ozone generator 200 is provided with an ozone power source 100 that applies an AC voltage for ozone generation.

オゾン発生器200に酸素を含んだ原料ガスが供給され、オゾン発生器200は、基本セルS1(S2)の放電面によって形成される放電空間に誘電体バリア放電を発生させ、放電空間に供給した原料ガスからオゾンガスを生成し、該オゾンガスを外部に出力している。 A raw material gas containing oxygen was supplied to the ozone generator 200, and the ozone generator 200 generated a dielectric barrier discharge in the discharge space formed by the discharge surface of the basic cells S1 (S2) and supplied the discharge space. Ozone gas is generated from the raw material gas, and the ozone gas is output to the outside.

オゾン発生器200は、多段に積層された複数の基本放電セル組(基本セルS1,S2の組合せ)を含んで構成される。そして、出力するオゾンの高濃度化されるオゾン発生器200は、以下の条件(1)及び条件(2)を満足している。 The ozone generator 200 includes a plurality of basic discharge cell sets (combination of basic cells S1 and S2) stacked in multiple stages. The ozone generator 200, which outputs ozone with a high concentration, satisfies the following conditions (1) and (2).

(1) 複数の放電セルは、それぞれの放電面(1単位の放電セルの放電面)によって形成される放電面積soが30cm〜160cm(30cm以上、160cm未満)の範囲に設定される。(1) a plurality of discharge cells, the discharge area so that 30cm 2 ~160cm 2 (30cm 2 or more, 160cm less than 2) formed by a respective discharge surface (discharge surface of a unit discharge cell) is set to a range of To.

(2) 複数の放電セルそれぞれの放電面によって形成される放電空間に供給する原料ガスの原料ガス流量qoは、0.5L/min〜2.5L/min(0.5L/min以上、2.5L/min未満)の範囲に設定される。 (2) The raw material gas flow rate qo of the raw material gas supplied to the discharge space formed by the discharge surfaces of each of the plurality of discharge cells is 0.5 L / min to 2.5 L / min (0.5 L / min or more). It is set in the range of less than 5 L / min).

また、オゾン発生器200に供給するガス流量Qと放電電力DWを可能な範囲で最大に設定して、より高い取出しオゾン量Ytを得るためには、オゾン発生器200は、上記の条件(1)、条件(2)に加え、以下の条件(3)を満足している必要がある。 Further, in order to set the gas flow rate Q to be supplied to the ozone generator 200 and the discharge power DW to the maximum possible range and obtain a higher extraction ozone amount Yt, the ozone generator 200 is subjected to the above condition (1). ), In addition to the condition (2), the following condition (3) must be satisfied.

(3) 複数の放電セルそれぞれの放電空間に投入する放電電力密度Jは、2.5W/cm〜6W/cm(2.5W/cm以上、6W/cm未満)の範囲に設定される。(3) the discharge power density J to be introduced into the plurality of discharge cells each discharge space, set in the range of 2.5W / cm 2 ~6W / cm 2 (2.5W / cm 2 or more and less than 6W / cm 2) Will be done.

実施の形態1のオゾンガス発生システム1000は、上述した条件(1)〜条件(3)を満足することにより、複数の放電セルそれぞれの放電面に関し以下の効果を奏する。なお、3つの条件を満足する際、オゾン発生器の放電ギャップ長dは数十〜数百μmnの短ギャップ長に設定する必要がある。以下、この点を詳述する。 The ozone gas generation system 1000 of the first embodiment exerts the following effects on the discharge surface of each of the plurality of discharge cells by satisfying the above-mentioned conditions (1) to (3). When satisfying the three conditions, the discharge gap length d of the ozone generator needs to be set to a short gap length of several tens to several hundreds of μmn. This point will be described in detail below.

放電ギャップ長を数十〜数百μmの短ギャップの誘電体バリア放電の方が、高電界の放電が実現できる。すなわち、短ギャップの誘電体バリア放電の方が、高エネルギーの放電光エネルギーを有した放電になり、触媒ガスを含んだガスや放電面に塗布した光触媒を光励起させるのに有効に働き、結果として酸素ガスの解離を促進させる効果がより高まる。このため、条件(1)〜条件(3)を満足したオゾンガス発生システム及びオゾンガス発生方法を実現する際、オゾン発生器の放電ギャップ長は数十〜数百μmに設定することが望ましい。 A dielectric barrier discharge with a short gap having a discharge gap length of several tens to several hundreds of μm can realize high electric field discharge. That is, the short-gap dielectric barrier discharge becomes a discharge having high energy discharge light energy, and works more effectively to photoexcite the gas containing the catalyst gas or the photocatalyst applied to the discharge surface, and as a result. The effect of promoting the dissociation of oxygen gas is further enhanced. Therefore, when realizing an ozone gas generation system and an ozone gas generation method that satisfy the conditions (1) to (3), it is desirable to set the discharge gap length of the ozone generator to several tens to several hundreds of μm.

オゾンガス発生システム1000は、上述した条件(1)及び条件(2)を満足することにより、各放電セルの(1対の放電面によって形成される)放電空間におけるガス滞在時間Toを短くして総オゾン分解量Ydを抑えることができる。 By satisfying the above-mentioned conditions (1) and (2), the ozone gas generation system 1000 shortens the gas residence time To in the discharge space (formed by a pair of discharge surfaces) of each discharge cell to reduce the total gas residence time To. The amount of ozone decomposition Yd can be suppressed.

その結果、オゾンガス発生システム1000は、上述した条件(1)及び条件(2)を満足させ、かつ、各放電セルの放電面に供給する原料ガス流量qoと放電電力dwとを可能な範囲で最大に設定して、取出しオゾン量ytを最大限に高めることにより、高濃度なオゾンガスを取り出せる条件を作りだせる。 As a result, the ozone gas generation system 1000 satisfies the above-mentioned conditions (1) and (2), and maximizes the raw material gas flow rate qo and the discharge power dw supplied to the discharge surface of each discharge cell within a possible range. By setting to and maximizing the amount of ozone taken out yy, it is possible to create a condition for taking out high-concentration ozone gas.

オゾンガス発生システム1000は、さらに条件(3)を満足することにより、各放電セルから取り出せるオゾンの生成量を所定量以上確保でき、かつ、効率よく取り出せることができ、取出しオゾン量Ytをより高めることができる。 By further satisfying the condition (3), the ozone gas generation system 1000 can secure a predetermined amount or more of ozone that can be taken out from each discharge cell and can take out efficiently, and further increase the amount of ozone taken out Yt. Can be done.

その結果、オゾンガス発生システム1000は、システム構成を必要最小限に抑えて、高濃度なオゾンもしくは、取出しオゾン量Ytを効率的に高め、外部に出力することができる効果を奏する。 As a result, the ozone gas generation system 1000 has the effect of suppressing the system configuration to the minimum necessary, efficiently increasing the amount of high-concentration ozone or the amount of extracted ozone Yt, and outputting it to the outside.

このように、オゾンガス発生システム1000は、条件(1)及び条件(2)に加え、上述した条件(3)をさらに満足することにより、条件(1)〜条件(3)を満足させ、かつ、各放電セルの放電空間に供給する原料ガス流量qoと放電電力dwとを可能な範囲で最大に設定して、取り出しオゾン量ytを最大限に高めることができる。 As described above, the ozone gas generation system 1000 satisfies the conditions (1) to (3) by further satisfying the above-mentioned condition (3) in addition to the condition (1) and the condition (2). The raw material gas flow rate qo supplied to the discharge space of each discharge cell and the discharge power dw can be set to the maximum possible to maximize the amount of ozone taken out yy.

その結果、実施の形態1のオゾンガス発生システム1000は、システム構成を必要最小限に抑えて、高濃度なオゾンガスもしくは高発生量のオゾンガスを外部に出力することができる効果を奏する。 As a result, the ozone gas generation system 1000 of the first embodiment has an effect that the system configuration can be suppressed to the minimum necessary and a high concentration ozone gas or a high generation amount of ozone gas can be output to the outside.

さらに、実施の形態1のオゾンガス発生システム1000におけるオゾン発生器200は、以下の条件(4)をさらに満足している。 Further, the ozone generator 200 in the ozone gas generation system 1000 of the first embodiment further satisfies the following condition (4).

(4) 冷却機構によるオゾン発生器200の冷却温度は5℃以上である。 (4) The cooling temperature of the ozone generator 200 by the cooling mechanism is 5 ° C. or higher.

実施の形態1のオゾンガス発生システム1000のオゾン発生器200は、さらに上述した条件(4)を満足することにより、上述した冷却機構によるオゾン発生器200の冷却温度を極端に低くする必要性をなくし、冷却機構の簡略化を図ることができる。なお、上記制約条件の上限は常温(20℃)に対し30℃程度を想定している。また、より冷却効果を重視する場合は、水が凍る温度である0℃以上に冷却温度を設定することが望ましい。 The ozone generator 200 of the ozone gas generation system 1000 of the first embodiment further satisfies the above-mentioned condition (4), thereby eliminating the need to extremely lower the cooling temperature of the ozone generator 200 by the above-mentioned cooling mechanism. , The cooling mechanism can be simplified. The upper limit of the above constraint condition is assumed to be about 30 ° C. with respect to room temperature (20 ° C.). Further, when the cooling effect is more important, it is desirable to set the cooling temperature to 0 ° C. or higher, which is the temperature at which water freezes.

さらに、実施の形態1のオゾンガス発生システム1000におけるオゾン発生器200は、以下の条件(5)及び条件(6)をさらに満足している。 Further, the ozone generator 200 in the ozone gas generation system 1000 of the first embodiment further satisfies the following conditions (5) and (6).

(5) オゾン発生器200内の複数の放電セル全体に供給する総ガス流量Qは3.0L/min以上である。 (5) The total gas flow rate Q supplied to all of the plurality of discharge cells in the ozone generator 200 is 3.0 L / min or more.

(6) オゾン発生器200内の複数の放電セル全体に付与する総放電電力DWと総ガス流量Qとの比である比電力値DW/Qは、600(W・min/L)以上である。 (6) The specific power value DW / Q, which is the ratio of the total discharge power DW applied to the entire plurality of discharge cells in the ozone generator 200 to the total gas flow rate Q, is 600 (W · min / L) or more. ..

なお、条件(5)は高濃度のオゾンガスを取出せることを目的としており、条件(5)の目的を達成することの付随効果として、条件(6)は出力するオゾンガス量を最大限に高める効果を奏する。 The purpose of condition (5) is to extract high-concentration ozone gas, and as an incidental effect of achieving the purpose of condition (5), condition (6) is an effect of maximizing the amount of ozone gas to be output. Play.

オゾンガス発生システム1000のオゾン用電源100及びオゾン発生器200は、さらに上述した条件(5)及び条件(6)を満足することにより、以下の効果を奏する。 The ozone power source 100 and the ozone generator 200 of the ozone gas generation system 1000 further achieve the following effects by satisfying the above-mentioned conditions (5) and (6).

オゾンガス発生システム1000は、上述した条件(5)を満足することにより、例えば400g/m以上の高濃度オゾンを取り出すことができる複数の放電セルに供給する原料ガスに関し、十分大きな総ガス流量Qを確保し、最終的に高濃度なオゾンガスが得られ、取出しオゾン量Ytを高めることができる。The ozone gas generation system 1000 has a sufficiently large total gas flow rate Q with respect to the raw material gas supplied to a plurality of discharge cells capable of extracting high-concentration ozone of, for example, 400 g / m 3 or more by satisfying the above-mentioned condition (5). Finally, a high-concentration ozone gas can be obtained, and the amount of extracted ozone Yt can be increased.

オゾンガス発生システム1000は、上述した条件(6)を満足することにより、条件(5)の効果に加え、条件(1)〜条件(6)を満足することを環境下で、例えば以下の効果を奏する。オゾン発生器200に供給する総ガス流量Q及び総放電電力DWを可能な範囲で最大限投入にして、取出しオゾン量Ytを最大限に高めることができる。 By satisfying the above-mentioned condition (6), the ozone gas generation system 1000 can satisfy the conditions (1) to (6) in addition to the effect of the condition (5), for example, the following effects. Play. The total gas flow rate Q supplied to the ozone generator 200 and the total discharge power DW can be maximized as much as possible to maximize the amount of extracted ozone Yt.

その結果、実施の形態1のオゾンガス発生システム1000は、システム構成を必要最小限に抑えて、比較的大容量、かつ高濃度なオゾンガスを外部に出力することができる効果を奏する。 As a result, the ozone gas generation system 1000 of the first embodiment has an effect that the system configuration can be suppressed to the minimum necessary and a relatively large capacity and high concentration ozone gas can be output to the outside.

また、オゾン発生器200内の放電セルを構成する基本セルS1,S2それぞれの放電面はそれぞれ平面視して円状を呈し、オゾン発生器200は以下の条件(7)をさらに満足する。 Further, the discharge surfaces of the basic cells S1 and S2 constituting the discharge cell in the ozone generator 200 each have a circular shape in a plan view, and the ozone generator 200 further satisfies the following condition (7).

(7) 複数の放電セルそれぞれの放電面の外径が70mm〜140mm(70mm以上、140mm未満)の範囲に設定される。 (7) The outer diameter of the discharge surface of each of the plurality of discharge cells is set in the range of 70 mm to 140 mm (70 mm or more and less than 140 mm).

また、上述した放電面を有する基本放電セル組(基本セルS1及びS2の組合せ)をオゾン発生器にn個同一平面上に並べて、放電セル数を増やしたオゾンガス発生システム1000の変形例を構成すれば、図1で示した基本構成と同様な効果を奏する。 Further, a modified example of the ozone gas generation system 1000 in which the number of discharge cells is increased by arranging n basic discharge cell sets (combination of basic cells S1 and S2) having the above-mentioned discharge surfaces on the same plane in the ozone generator is configured. For example, the same effect as that of the basic configuration shown in FIG. 1 is obtained.

オゾンガス発生システム1000は、上述した条件(7)を満足することにより、条件(1)を満足する放電面積soを比較的容易に実現し、かつ、ガス流入する平均断面savに流れ込む平均ガス流速vo/dを適切な値に比較的容易に設定することができる。 By satisfying the above-mentioned condition (7), the ozone gas generation system 1000 relatively easily realizes the discharge area so satisfying the condition (1), and the average gas flow velocity vo flowing into the average cross-section sav in which the gas flows. It is relatively easy to set / d to an appropriate value.

加えて、オゾンガス発生システム1000のオゾン用電源100は、出力周波数f(動作周波数f)を20kHz〜50kHz(20kHz以上、50kHz未満)範囲内にして、オゾン発生用交流電圧をオゾン発生器200に出力している。より実用的なオゾン用電源100の出力周波数f(動作周波数f)は、20kHz〜30kHz(20kHz以上、30kHz未満)範囲が望ましい。 In addition, the ozone power supply 100 of the ozone gas generation system 1000 outputs the ozone generation AC voltage to the ozone generator 200 with the output frequency f (operating frequency f) in the range of 20 kHz to 50 kHz (20 kHz or more and less than 50 kHz). doing. The output frequency f (operating frequency f) of the more practical ozone power supply 100 is preferably in the range of 20 kHz to 30 kHz (20 kHz or more and less than 30 kHz).

このため、オゾンガス発生システム1000は、オゾン発生器200内の複数の放電セルに印加するオゾン発生用交流電圧のピーク電圧値を7kVp以下にして、オゾン発生器200が所望する放電電力DWを実現することができる。 Therefore, the ozone gas generation system 1000 realizes the discharge power DW desired by the ozone generator 200 by setting the peak voltage value of the ozone generation AC voltage applied to the plurality of discharge cells in the ozone generator 200 to 7 kVp or less. be able to.

さらに、オゾン用電源100の並列共振用トランス25は、内部励磁インダクタンス値Ltを有し、オゾン発生器200内の複数の放電セルは全体の静電容量値C0を有している。 Further, the parallel resonance transformer 25 of the ozone power supply 100 has an internal excitation inductance value Lt, and the plurality of discharge cells in the ozone generator 200 have an overall capacitance value C0.

そして、オゾン用電源100は、上述した式(5)を満足する並列共振周波数fcの近傍に出力周波数fを設定している。 The ozone power supply 100 sets the output frequency f in the vicinity of the parallel resonance frequency fc that satisfies the above equation (5).

オゾンガス発生システム1000は、並列共振周波数fcの近傍に出力周波数fを設定することにより、オゾン発生器200への総放電電力DWの投入時に並列共振を行うことで、インバータ部(インバータ回路部22)の出力力率を高めることができる。 The ozone gas generation system 1000 sets the output frequency f in the vicinity of the parallel resonance frequency fc to perform parallel resonance when the total discharge power DW is applied to the ozone generator 200, thereby causing the inverter unit (inverter circuit unit 22). The output power factor of the inverter can be increased.

すなわち、並列共振用トランス25とオゾン発生器200との間で総放電電力DWの投入時に並列共振を行うことにより、インバータ回路部22での出力力率を高めることができる。 That is, the output power factor in the inverter circuit unit 22 can be increased by performing parallel resonance between the parallel resonance transformer 25 and the ozone generator 200 when the total discharge power DW is applied.

その結果、オゾン用電源100は、所望の総放電電力DWを満足するオゾン発生用交流電圧を負荷側であるオゾン発生器に供給できる。 As a result, the ozone power source 100 can supply an ozone generating AC voltage satisfying the desired total discharge power DW to the ozone generator on the load side.

なお、所望の総放電電力DWはとして1.8kW以上の総放電電力DWが考えられる。そうすると、オゾン発生器200内の各放電セルに投入できる放電電力密度J(=DW/S)を2.5W/cm〜6W/cmの範囲に設定することができる。As the desired total discharge power DW, a total discharge power DW of 1.8 kW or more can be considered. Then, it is possible to set the discharge power density can be put into each discharge cell in the ozonizer 200 J a (= DW / S) within a range of 2.5W / cm 2 ~6W / cm 2 .

その結果、オゾンガス発生システム1000は、高効率のオゾン用電源100を実現することにより、高濃度のオゾンガスを取り出せすべく、供給する総ガス流量Qと総放電電力DWを可能な範囲で最大値に設定しても、全体としてコンパクトな構成のオゾンガス発生システムを実現することができる効果を奏する。 As a result, the ozone gas generation system 1000 maximizes the total gas flow rate Q and the total discharge power DW to be supplied in order to extract high-concentration ozone gas by realizing a highly efficient ozone power source 100. Even if it is set, it has the effect of realizing an ozone gas generation system with a compact configuration as a whole.

<方法発明への展開>
実施の形態1では、装置発明であるオゾンガス発生システム1000として説明した。しかしながら、本願発明の変形例として、上述したオゾン用電源100及びオゾン発生器200を用いたオゾンガス発生方法に展開することも可能である。
<Development to method invention>
In the first embodiment, it has been described as the ozone gas generation system 1000 which is the invention of the apparatus. However, as a modification of the present invention, it is also possible to develop an ozone gas generation method using the above-mentioned ozone power source 100 and ozone generator 200.

すなわち、1対の平板電極1,3(3a,3b)に誘電体(2a,2b)を介し配置した放電セルを有するオゾン発生器200と、オゾン発生器200にオゾン発生用交流電圧を付与するオゾン用電源100とを用いて、高濃度なオゾンガスを発生するオゾンガス発生方法に展開することができる。 That is, an ozone generating AC voltage is applied to the ozone generator 200 having a discharge cell arranged on a pair of flat plate electrodes 1, 3 (3a, 3b) via a dielectric (2a, 2b) and the ozone generator 200. Using the ozone power source 100, it is possible to develop an ozone gas generation method that generates high-concentration ozone gas.

実施の形態1の変形例であるオゾンガス発生方法は、上述したオゾンガス発生システム1000の条件(1)及び条件(2)に対応して以下のステップ(1)及びステップ(2)を実行する。 The ozone gas generation method, which is a modification of the first embodiment, executes the following steps (1) and (2) in accordance with the above-mentioned conditions (1) and (2) of the ozone gas generation system 1000.

(1) 前記複数の放電セルそれぞれの放電面における放電面積soを、約30cm以上、160cm未満の範囲に設定するステップ、
(2) 前記複数の放電セルそれぞれの1対の放電面によって形成される放電空間に供給する原料ガスの原料ガス流量qoを、0.5L/min以上、2.5L/min未満の範囲に設定するステップ。
(1) A step of setting the discharge area so on the discharge surface of each of the plurality of discharge cells to a range of about 30 cm 2 or more and less than 160 cm 2.
(2) The raw material gas flow rate qo of the raw material gas supplied to the discharge space formed by the pair of discharge surfaces of each of the plurality of discharge cells is set in the range of 0.5 L / min or more and less than 2.5 L / min. Steps to do.

また、オゾン発生器200に供給するガス流量Qと総放電電力DWを可能な範囲で最大限投入にして、取出しオゾン量Ytを最大限に得るためには、オゾンガス発生方法は、上記のステップ(1)及びステップ(2)に加え、以下のステップ(3)を実行することが望ましい。 Further, in order to maximize the gas flow rate Q supplied to the ozone generator 200 and the total discharge power DW as much as possible and to obtain the maximum amount of extracted ozone Yt, the ozone gas generation method is described in the above step ( In addition to 1) and step (2), it is desirable to perform the following step (3).

(3) 前記複数の放電セルそれぞれの放電空間に投入する放電電力密度Jを、2.5W/cm〜6W/cmの範囲に設定するステップ。(3) a discharge power density J to be introduced to the plurality of discharge cells each discharge space is set within the range of 2.5W / cm 2 ~6W / cm 2 steps.

上記オゾンガス発生方法は、ステップ(1)及びステップ(2)を実行することにより、各放電セルの放電空間におけるガス滞在時間Toを短くしてオゾンガス分解量を抑えることができる。 In the above ozone gas generation method, by executing step (1) and step (2), the gas residence time To in the discharge space of each discharge cell can be shortened and the amount of ozone gas decomposition can be suppressed.

したがって、上記オゾンガス発生方法は、ステップ(1)及びステップ(2)を実行することにより、各放電セルの放電空間に供給する原料ガス流量qo及び放電電力dwを可能な範囲で最大に設定すれば、オゾンガスを高濃度に取り出せる効果を奏する。 Therefore, in the above ozone gas generation method, by executing steps (1) and (2), the raw material gas flow rate qo and the discharge power dw supplied to the discharge space of each discharge cell can be set to the maximum possible range. , It has the effect of extracting high concentration of ozone gas.

上記オゾンガス発生方法は、さらに、ステップ(3)を実行することにより、各放電セルの放電面に供給するガス流量q及び放電電力dwを可能な範囲で最大に設定すれば、取出しオゾン量ytを最大に高めることができる効果を奏する。 In the ozone gas generation method, if the gas flow rate q and the discharge power dw to be supplied to the discharge surface of each discharge cell are set to the maximum possible by further executing step (3), the amount of ozone taken out yt can be increased. It has an effect that can be maximized.

その結果、本願発明の変形例であるオゾンガス発生方法は、高濃度なオゾンもしくは高発生量のオゾンガスを外部に出力することができる効果を奏する。 As a result, the ozone gas generation method, which is a modification of the present invention, has the effect of being able to output a high concentration of ozone or a high amount of ozone gas to the outside.

さらに、上記オゾンガス発生方法は、オゾンガス発生システム1000の上述した条件(4)〜条件(7)に対応して、条件(4)〜条件(7)を満足させるためのステップを実行することができ、オゾンガス発生システム1000と同様な効果を奏する。 Further, the ozone gas generation method can perform steps for satisfying the conditions (4) to (7) corresponding to the above-mentioned conditions (4) to (7) of the ozone gas generation system 1000. , The same effect as that of the ozone gas generation system 1000 is obtained.

<実施の形態2>
(実施の形態1の課題)
上述した実施の形態1において、実証試験と高濃度オゾンが取出すための放電セル形状の原理及び概要にて示したように、オゾン発生器200は、多段に積層されたn個の基本放電セル組(S1,S2)を含んで構成される。そして、高ガス流量域まで高濃度なオゾンガスが取出すオゾン発生器200は、条件(1)を満足している。以下に、条件(1)を再掲する。
<Embodiment 2>
(Problem of Embodiment 1)
In the above-described first embodiment, as shown in the demonstration test and the principle and outline of the discharge cell shape for extracting high-concentration ozone, the ozone generator 200 is a set of n basic discharge cells stacked in multiple stages. (S1, S2) are included. The ozone generator 200, which extracts high-concentration ozone gas up to a high gas flow rate range, satisfies the condition (1). Condition (1) is reprinted below.

(1) 複数の放電セルは、それぞれの放電面(1単位の放電セルにおける放電面)によって形成される放電面積soが30cm〜160cm(30cm以上、160cm未満)の範囲に設定される。(1) a plurality of discharge cells, the discharge area so that 30cm 2 ~160cm 2 (30cm 2 or more, 160cm less than 2) formed by a respective discharge surface (discharge surface in a unit discharge cell) is set to a range of To.

上述したように、実施の形態1のオゾンガス発生システム1000では、1単位の放電セルの放電面積soは条件(1)の制約が課されていた。ここで、オゾンガス発生システム1000において、高ガス流量域で高濃度なオゾンガスを取出したり、原料ガスの総ガス流量Qが大きい領域において、高出力の取出しオゾン量Ytが得られるようにしたりする構成を想定する。 As described above, in the ozone gas generation system 1000 of the first embodiment, the restriction of the condition (1) is imposed on the discharge area so of one unit of the discharge cell. Here, in the ozone gas generation system 1000, a configuration is configured such that high-concentration ozone gas is taken out in a high gas flow rate region, and a high output extracted ozone amount Yt can be obtained in a region where the total gas flow rate Q of the raw material gas is large. Suppose.

上記構成を想定した場合、1単位の放電セルの放電面積soが小さいほど、オゾン発生器200に必要とする放電面積S(=2n・so)を確保すべく、基本放電セル組を積層する積層枚数nを多くする必要があった。 Assuming the above configuration, the smaller the discharge area so of one unit of the discharge cell, the more the basic discharge cell sets are laminated in order to secure the discharge area S (= 2n · so) required for the ozone generator 200. It was necessary to increase the number of sheets n.

積層枚数nを大きく設定してオゾン発生器200を構成した場合、必要とされる基本放電セル組の組数が増加する分、部品点数が増え、かつ、オゾン発生器200内の組立て作業工程数や試験検査作業が増えることになる。このため、オゾン発生器200の製作コスト高を招く。さらに、オゾン発生器200自身の各放電セルの放電ギャップ精度の管理、積層締め付け精度の管理をより高める必要などの課題も生じることになる。このため、オゾン発生器200の製作困難性が増し、その結果、オゾンガス発生システム1000が大きくなり、コストアップ等の課題が生じてしまう。 When the ozone generator 200 is configured by setting a large number of layers n, the number of parts increases as the number of basic discharge cell sets required increases, and the number of assembly work steps in the ozone generator 200 increases. And test inspection work will increase. Therefore, the manufacturing cost of the ozone generator 200 is high. Further, there will be problems such as the need to manage the discharge gap accuracy of each discharge cell of the ozone generator 200 itself and the control of the stacking tightening accuracy. For this reason, the difficulty of manufacturing the ozone generator 200 increases, and as a result, the ozone gas generation system 1000 becomes large, which causes problems such as cost increase.

(オゾン発生器200の改良)
実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、上述した実施の形態1のオゾン発生器200の課題を鑑みて、オゾン発生器200をオゾン発生器300に改良したものでである。なお、オゾンガス発生システム2000及びオゾン発生器300は図面上では示していない。
(Improvement of ozone generator 200)
The ozone gas generation system 2000 of the second embodiment is an improvement of the ozone generator 200 to the ozone generator 300 in view of the above-mentioned problems of the ozone generator 200 of the first embodiment. The ozone gas generation system 2000 and the ozone generator 300 are not shown in the drawings.

オゾン発生器300は、内部の部品点数を減らし、高濃度なオゾンガスが取出せ、かつ、取出したオゾンガスの流量を大きくできる構造を採用している。 The ozone generator 300 employs a structure in which the number of internal parts can be reduced, high-concentration ozone gas can be taken out, and the flow rate of the taken out ozone gas can be increased.

このため、基本放電セル組に含まれる基本セルS1あるいは基本セルS2に相当する1単位の放電セルの放電面積stを条件(1)で規定した面積soの3倍〜6倍、具体的には放電面積stを数百cm以内に設定し、1単位の放電セルの放電面からオゾンガスを取り出すオゾンガス取出口を放電セル面にNφ(Nφ≧2)個を分散配置している。Therefore, the discharge area st of one unit of the discharge cell corresponding to the basic cell S1 or the basic cell S2 included in the basic discharge cell set is 3 to 6 times, specifically, 3 to 6 times the area so defined in the condition (1). The discharge area st is set within several hundred cm 2 , and Nφ (Nφ ≧ 2) pieces of ozone gas outlets for taking out ozone gas from the discharge surface of one unit of the discharge cell are dispersedly arranged on the discharge cell surface.

Nφ個のオゾンガス取出口を設けることにより、1単位の放電セルの全放電面積stを分割数Nφで分割したNφ個の分割面積dso(=st/Nφ)を有する仮想放電セルがNφ個存在する場合と実質的に同一視できる。 By providing Nφ ozone gas outlets, there are Nφ virtual discharge cells having Nφ division areas dso (= st / Nφ) obtained by dividing the total discharge area st of one unit discharge cell by the number of divisions Nφ. It can be substantially identified with the case.

その結果、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000に用いられるオゾン発生器300は、実施の形態1のオゾン発生器200と比較して、基本放電セル組の積層枚数nを減らせ、かつ、条件(1)を満足する実施の形態1の効果とほぼ同様に、高濃度のオゾンガスが取出せる効果を発揮することができる。 As a result, the ozone generator 300 used in the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment can reduce the number of laminated sheets n of the basic discharge cell set as compared with the ozone generator 200 of the first embodiment, and the conditions ( Almost the same as the effect of the first embodiment satisfying 1), the effect of extracting high-concentration ozone gas can be exhibited.

また、オゾン発生器300では、1組の基本放電セル組において、Nφ個のオゾンガス取出口から取り出したオゾンガスを集約して外部に出力する1つのオゾンガス取出し通路を設ける。この放電セルを構成する電極内に設けられ、Nφ個のオゾンガス取出口に繋がっている。 Further, in the ozone generator 300, in one set of basic discharge cells, one ozone gas take-out passage for collecting ozone gas taken out from Nφ ozone gas outlets and outputting it to the outside is provided. It is provided in the electrodes constituting this discharge cell and is connected to Nφ ozone gas outlets.

このため、オゾンガス通過用の通路を設けるための配管継手等の部品を用いることなく、1組の基本放電セル組において、放電セル全体で発生したオゾンガスを一括で取出すことができる。さらに、オゾン発生器300は、上述した特徴を有する1単位の放電セルの放電面積stを数百cm程度の大きさにして、基本放電セル組を多段に積層する構成を採用する。Therefore, the ozone gas generated in the entire discharge cell can be collectively taken out in one set of basic discharge cell sets without using parts such as piping joints for providing a passage for passing ozone gas. Further, the ozone generator 300 adopts a configuration in which the discharge area st of one unit of the discharge cell having the above-mentioned characteristics is set to a size of about several hundred cm 2 and the basic discharge cell sets are stacked in multiple stages.

その結果、オゾン発生器300は、多段に積層された複数の放電セル(n組の基本放電セル組)それぞれで発生したオゾンガスを一括して外部に取出せる構成となり、実施の形態1のオゾン発生器200と比較して、基本放電セル組の積層枚数nを減らしたシンプルな構成を実現することができる。したがって、オゾン発生器300は、オゾン発生器200と比較して組立て工数の削減や試験工数を大幅に削減したオゾン発生器となる。 As a result, the ozone generator 300 has a configuration in which ozone gas generated in each of a plurality of discharge cells (n sets of basic discharge cell sets) stacked in multiple stages can be collectively taken out to the outside, and ozone generation according to the first embodiment is performed. Compared with the vessel 200, it is possible to realize a simple configuration in which the number of stacked sheets n of the basic discharge cell set is reduced. Therefore, the ozone generator 300 is an ozone generator in which the assembly man-hours and the test man-hours are significantly reduced as compared with the ozone generator 200.

オゾン発生器300は、1単位の放電セル面の放電面積stを分割数Nφで分割したNφ個の分割面積dsoで規定される仮想の放電空間に対し、以下の条件(a)を満足している。 The ozone generator 300 satisfies the following condition (a) with respect to a virtual discharge space defined by Nφ divided areas dso obtained by dividing the discharge area st of one unit of the discharge cell surface by the number of divisions Nφ. There is.

(a) 複数の放電セルはそれぞれの放電面(1単位の放電セルの放電面)の放電面積stを分割数Nφで除算した分割面積dsoが、30cm以上、160cm未満の範囲に設定される。(a) For a plurality of discharge cells, the division area dso obtained by dividing the discharge area st of each discharge surface (the discharge surface of one unit of the discharge cell) by the number of divisions Nφ is set in the range of 30 cm 2 or more and less than 160 cm 2. To.

その結果、オゾン発生器300において、1単位の放電セルにおける放電空間がNφ個の仮想放電空間に分割されることにより、生成したオゾンガスが放電空間を通過して、Nφ個のオゾンガス取出口のうち、直近のオゾンガス取出口に達するまでのガス滞在時間Toを短くすることができる。 As a result, in the ozone generator 300, the discharge space in one unit of the discharge cell is divided into Nφ virtual discharge spaces, so that the generated ozone gas passes through the discharge space and out of the Nφ ozone gas outlets. , The gas stay time To until reaching the latest ozone gas outlet can be shortened.

したがって、オゾン発生器300は、1単位の放電セルの放電空間内でのオゾンガスが電子や放電ガスと衝突する分解と、放電空間内で滞在しているオゾンガス自身の自己分解とによる総オゾン分解量Ydを抑えることができ、比較的高いガス流量において、高濃度のオゾンガスが取り出せ、コンパクトで、安価なオゾンガス発生器となる。 Therefore, in the ozone generator 300, the total amount of ozone decomposition due to the decomposition of ozone gas in the discharge space of one unit of discharge cell colliding with electrons and discharge gas and the self-decomposition of the ozone gas staying in the discharge space itself. Yd can be suppressed, high-concentration ozone gas can be taken out at a relatively high gas flow rate, and a compact and inexpensive ozone gas generator can be obtained.

オゾン発生器300において、取出しオゾン濃度Ctが400g/m以上の高濃度のオゾンガスが出力でき、かつ、取出しオゾンガス量Yt(=Ct・Q)を72g/h以上の高オゾン量のオゾンガスをとりだせるようにするには、オゾン発生器300に供給する酸素を含む原料ガスの総原料ガス流量Qを3SLM以上にする必要がある。The ozone generator 300 can output high-concentration ozone gas having an extracted ozone concentration Ct of 400 g / m 3 or more, and takes out high ozone gas amount Yt (= Ct · Q) of 72 g / h or more. It is necessary to set the total raw material gas flow rate Q of the raw material gas containing oxygen supplied to the ozone generator 300 to 3 SLM or more.

このため、オゾン発生器300において基本放電セル組を多段に積層する必要がある。この際、オゾン発生器300はオゾン発生器200に比べ、1単位の放電セルの面積が十分大きいため、基本放電セル組の積層枚数nを少なく抑えることができる。 Therefore, it is necessary to stack the basic discharge cell sets in multiple stages in the ozone generator 300. At this time, since the area of one unit of the discharge cell of the ozone generator 300 is sufficiently larger than that of the ozone generator 200, the number of stacked sheets n of the basic discharge cell set can be suppressed to be small.

また、実施の形態1のオゾン発生器200において、放電空間における放電ギャップ長dは、特に、20μm〜100μmの範囲にすることで、高濃度オゾンガスを取出せることを示した。 Further, in the ozone generator 200 of the first embodiment, it was shown that the high-concentration ozone gas can be taken out by setting the discharge gap length d in the discharge space in the range of 20 μm to 100 μm.

実施の形態2のオゾン発生器300は、以下の条件(b)を満足する。
(b) 放電空間における放電ギャップ長dが80μm未満に設定される。
The ozone generator 300 of the second embodiment satisfies the following condition (b).
(b) The discharge gap length d in the discharge space is set to less than 80 μm.

放電空間における放電ギャップ長dを80μm未満の短ギャップ長にすると、原料ガスの供給口からオゾン発生器300を介し、外部のオゾンガス出口32までのガス圧力損出ΔPにおいて、条件(b)を満足する放電ギャップ長dで規定される放電空間でのガス圧力損出ΔPaの占める割合が高くなる。 When the discharge gap length d in the discharge space is set to a short gap length of less than 80 μm, the condition (b) is satisfied in the gas pressure loss ΔP from the raw material gas supply port to the external ozone gas outlet 32 via the ozone generator 300. The proportion of gas pressure loss ΔPa in the discharge space defined by the discharge gap length d increases.

したがって、オゾン発生器300は、条件(b)を満足させて放電ギャップ長を80μm未満に制限することにより、分割数Nφで分散配置したNφ個のオゾン取出し口を有する1単位の放電セルにおいて、ほぼ均一なガス流量Q/n(L/min)でオゾンガスを流せることができ、高濃度のオゾンガスを出力することができる。 Therefore, the ozone generator 300 satisfies the condition (b) and limits the discharge gap length to less than 80 μm in a unit discharge cell having Nφ ozone outlets dispersed and arranged with a number of divisions Nφ. Ozone gas can flow at a substantially uniform gas flow rate Q / n (L / min), and high-concentration ozone gas can be output.

1放電セル面において、放電空間における放電ギャップ長dを精度良く設定することにより、配置が異なるNφ個のオゾンガス取出口から、1つのオゾンガス取出し経路に至る過程におけるガス損出ΔPpのバラツキ度合いが、放電ギャップ長dで規定される放電空間でのガス圧力損出ΔPaによって無視できることになる。 By accurately setting the discharge gap length d in the discharge space on one discharge cell surface, the degree of variation in gas loss ΔPp in the process from Nφ ozone gas outlets with different arrangements to one ozone gas outlet path can be determined. It can be ignored due to the gas pressure loss ΔPa in the discharge space defined by the discharge gap length d.

その結果、1単位の放電セルにおけるガス流量の流れシミュレーションを実行すると、1単位の放電セルの放電面積を条件(a)で規定した分割面積dsoの3倍から6倍の大きさを、1単位の放電セル全体の放電面積stとすることができるため、1単位の放電セルの放電面積stを数百cm以内で比較的大きく設定することができる。As a result, when the flow simulation of the gas flow rate in one unit of the discharge cell is executed, one unit has a size of three to six times the divided area dso defined in the condition (a) for the discharge area of one unit of the discharge cell. Since the discharge area st of the entire discharge cell can be set, the discharge area st of one unit of the discharge cell can be set to be relatively large within several hundred cm 2.

そして、1放電セル面において、分割数Nφで分散配置したオゾンガス取出口を設け、1単位の放電セルの外周から原料ガスを流し、Nφ個のオゾンガス取出口から取出す方式を採用することにより、オゾンガス流量のバラツキが抑制でき、より均一なガス流れでオゾンガスを取出せることになる。 Then, on one discharge cell surface, ozone gas outlets distributed and arranged with a number of divisions Nφ are provided, and the raw material gas flows from the outer circumference of one unit of the discharge cell and is taken out from Nφ ozone gas outlets. Variations in the flow rate can be suppressed, and ozone gas can be extracted with a more uniform gas flow.

また、実施の形態2のオゾン発生器300は、以下の条件(d)をさらに満足する。
(d) 複数の放電セルそれぞれの放電空間における放電電力密度Jは、2.5W/cm以上、6W/cm未満の範囲に設定される。
Further, the ozone generator 300 of the second embodiment further satisfies the following condition (d).
(d) The discharge power density J in the discharge space of each of the plurality of discharge cells is set in the range of 2.5 W / cm 2 or more and less than 6 W / cm 2.

オゾン発生器300は上記条件(d)を満足するため、供給する原料ガスの総ガス流量Qで、放電電力DWを可能な範囲で最大に設定にして、負荷であるオゾン発生器300に印加する負荷電圧を許容値内に抑制でき、コンパクトなオゾン用のインバータ部(インバータ回路部22)を利用したオゾン用電源100を実現することができる。 In order to satisfy the above condition (d), the ozone generator 300 sets the discharge power DW to the maximum possible range in the total gas flow rate Q of the raw material gas to be supplied, and applies it to the ozone generator 300, which is a load. The load voltage can be suppressed within an allowable value, and the ozone power source 100 using a compact ozone inverter unit (inverter circuit unit 22) can be realized.

さらに、オゾン発生器300は上記条件(d)を満足するため、約5SLMを超えるガス流量である総ガス流量Q及び総放電電力DWの環境下において、取出しオゾン量Ytを大きくすることができる。 Further, since the ozone generator 300 satisfies the above condition (d), the amount of extracted ozone Yt can be increased in an environment of a total gas flow rate Q and a total discharge power DW, which are gas flow rates exceeding about 5 SLM.

その結果、オゾン発生器300は、高濃度のオゾンガスと高出力の取出しオゾン量Ytの両方を兼ね備えたオゾン発生器となり、かつ、コンパクトで、安価に実現できる。 As a result, the ozone generator 300 becomes an ozone generator having both a high concentration of ozone gas and a high output ozone amount Yt, and can be realized compactly and inexpensively.

以下に、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000において、オゾン発生器300で用いられる具体的な放電セル形状について説明する。 The specific discharge cell shape used in the ozone generator 300 in the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment will be described below.

高濃度、かつ大流量のオゾンガスを取出すためには、実施の形態1のオゾン発生器200のように、1単位の放電セルにおいて1放電面積soは、30〜100mの範囲に規定して、できるだけ放電面積soを小さくし、基本放電セル組の積層枚数nを多く設けたオゾン発生器が不可欠である。In order to take out ozone gas having a high concentration and a large flow rate, one discharge area so is defined in the range of 30 to 100 m 2 in one unit of the discharge cell as in the ozone generator 200 of the first embodiment. An ozone generator in which the discharge area so is made as small as possible and the number of stacked sheets n of the basic discharge cell set is large is indispensable.

この場合、基本放電セル組を多段に積層する場合、オゾン発生器200内の放電セルの部品点数等が増えることに加え、積層枚数nが増える程、オゾン発生器200内で積層された積層枚数nの基本放電セル組の締め付け応力管理が困難になる。 In this case, when the basic discharge cell sets are stacked in multiple stages, the number of discharge cell parts in the ozone generator 200 increases, and as the number of layers n increases, the number of layers stacked in the ozone generator 200 increases. It becomes difficult to manage the tightening stress of the basic discharge cell set of n.

このため、オゾン発生器200においては、積層枚数nは10程度が望ましく、オゾン発生器の応力積層設計において、積層枚数nは20以下にすることが必要である。そのため、オゾン発生器200の構造設計上においては、積層枚数nを少なくすることが望ましい。 Therefore, in the ozone generator 200, the number of layers n is preferably about 10, and in the stress lamination design of the ozone generator, the number of layers n needs to be 20 or less. Therefore, in the structural design of the ozone generator 200, it is desirable to reduce the number of layers n.

以上の観点から、実施の形態2のオゾン発生器300は、1単位の放電セルにおける放電面積stを比較的広く設定しても、高濃度のオゾンガスが取り出せ、所定量以上の取出しオゾン量Ytが得られる放電セル形状を採用している。 From the above viewpoint, the ozone generator 300 of the second embodiment can take out high-concentration ozone gas even if the discharge area st in one unit of the discharge cell is set relatively wide, and the extracted ozone amount Yt of a predetermined amount or more can be obtained. The obtained discharge cell shape is adopted.

図7〜図14は実施の形態2のオゾン発生器300において採用された1単位の放電セルにおける接地冷却電極51(51A〜51D)及び誘電体電極52(52A〜52D)の平面構造を模式的に示す説明図である。 7 to 14 schematically show the planar structure of the ground cooling electrode 51 (51A to 51D) and the dielectric electrode 52 (52A to 52D) in one unit of the discharge cell adopted in the ozone generator 300 of the second embodiment. It is explanatory drawing shown in.

図7は実施の形態2の第1の態様である接地冷却電極51Aの平面構造を模式的に示す説明図である。図8は実施の形態2の第1の態様である誘電体電極52Aの平面構造を模式的に示す説明図である。 FIG. 7 is an explanatory view schematically showing the planar structure of the ground cooling electrode 51A, which is the first aspect of the second embodiment. FIG. 8 is an explanatory view schematically showing a planar structure of the dielectric electrode 52A according to the first aspect of the second embodiment.

図9は実施の形態2の第2の態様である接地冷却電極51Bの平面構造を模式的に示す説明図である。図10は実施の形態2の第2の態様である誘電体電極52Bの平面構造を模式的に示す説明図である。 FIG. 9 is an explanatory view schematically showing the planar structure of the ground cooling electrode 51B, which is the second aspect of the second embodiment. FIG. 10 is an explanatory view schematically showing a planar structure of the dielectric electrode 52B according to the second aspect of the second embodiment.

図11は実施の形態2の第3の態様である接地冷却電極51Cの平面構造を模式的に示す説明図である。図12は実施の形態2の第3の態様である誘電体電極52Cの平面構造を模式的に示す説明図である。 FIG. 11 is an explanatory view schematically showing the planar structure of the ground cooling electrode 51C, which is the third aspect of the second embodiment. FIG. 12 is an explanatory view schematically showing a planar structure of the dielectric electrode 52C according to the third aspect of the second embodiment.

図13は実施の形態2の第4の態様である接地冷却電極51Dの平面構造を模式的に示す説明図である。図14は実施の形態2の第4の態様である誘電体電極52Dの平面構造を模式的に示す説明図である。 FIG. 13 is an explanatory view schematically showing the planar structure of the ground cooling electrode 51D, which is the fourth aspect of the second embodiment. FIG. 14 is an explanatory view schematically showing the planar structure of the dielectric electrode 52D according to the fourth aspect of the second embodiment.

以下、接地冷却電極51A〜51Dを総称する場合は単に「接地冷却電極51」と称し、誘電体電極52A〜52Dを総称する場合は単に「誘電体電極52」と称する。 Hereinafter, when the ground cooling electrodes 51A to 51D are collectively referred to, they are simply referred to as "ground cooling electrodes 51", and when the dielectric electrodes 52A to 52D are collectively referred to, they are simply referred to as "dielectric electrodes 52".

第1〜第4の態様は、一対の平板電極として接地冷却電極51と誘電体電極52との組合せ構造を採用している。すなわち、平板状の第1の電極が接地冷却電極51となり、第2の電極が誘電体電極52となる。そして、接地冷却電極51,誘電体電極52との間に放電空間が設けられる。接地冷却電極51と誘電体電極52との組合せにより、1単位の放電セルが構成される。 In the first to fourth aspects, a combination structure of a ground cooling electrode 51 and a dielectric electrode 52 is adopted as a pair of flat plate electrodes. That is, the flat plate-shaped first electrode serves as the ground cooling electrode 51, and the second electrode serves as the dielectric electrode 52. A discharge space is provided between the ground cooling electrode 51 and the dielectric electrode 52. The combination of the ground cooling electrode 51 and the dielectric electrode 52 constitutes a unit of discharge cell.

実際には、実施の形態2のオゾン発生器300は、接地冷却電極51の両面に対向して、2つの誘電体電極52が配置される。すなわち、図1で示す実施の形態1の接地冷却電極1に接地冷却電極51が対応し、実施の形態1の誘電体電極2a及び2bそれぞれに誘電体電極52が対応する。 Actually, in the ozone generator 300 of the second embodiment, two dielectric electrodes 52 are arranged so as to face both surfaces of the ground cooling electrode 51. That is, the ground cooling electrode 51 corresponds to the ground cooling electrode 1 of the first embodiment shown in FIG. 1, and the dielectric electrode 52 corresponds to each of the dielectric electrodes 2a and 2b of the first embodiment.

したがって、接地冷却電極51と接地冷却電極51の上方に設けられる誘電体電極52とにより第1の基本セルが設けられ、この第1の基本セルが図1で示す実施の形態1の基本セルS1に対応する。 Therefore, a first basic cell is provided by the ground cooling electrode 51 and the dielectric electrode 52 provided above the ground cooling electrode 51, and the first basic cell is the basic cell S1 of the first embodiment shown in FIG. Corresponds to.

さらに、接地冷却電極51と接地冷却電極51の下方に設けられる誘電体電極52とにより第2の基本セルが設けられ、この第2の基本セルが図1で示す実施の形態1の基本セルS2に対応する。 Further, a second basic cell is provided by the ground cooling electrode 51 and the dielectric electrode 52 provided below the ground cooling electrode 51, and the second basic cell is the basic cell S2 of the first embodiment shown in FIG. Corresponds to.

実施の形態2において、複数の放電セルの基本単位となる1単位の放電セルとは、第1及び第2の基本セルのうちの一方を意味し、第1及び第2の基本セルの組合せが基本放電セル組となる。したがって、基本放電セル組の積層枚数がnの場合、複数の放電セルは、2n個の1単位の放電セル、n組の基本放電セル組となる。 In the second embodiment, the one unit discharge cell, which is the basic unit of the plurality of discharge cells, means one of the first and second basic cells, and the combination of the first and second basic cells is used. It is a basic discharge cell set. Therefore, when the number of stacked basic discharge cell sets is n, the plurality of discharge cells are 2n 1-unit discharge cells and n sets of basic discharge cell sets.

実施の形態2のオゾン発生器300内に、基本放電セル組が積層枚数nで積層されることにより、複数の放電セル(2n個の1単位の放電セル、n組の基本放電セル組)からなる放電セル群が構成される。 By stacking the basic discharge cell sets in the ozone generator 300 of the second embodiment with the number of stacked n, from a plurality of discharge cells (2 n 1-unit discharge cells, n sets of basic discharge cell sets). A group of discharge cells is configured.

したがって、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、図1のオゾンガス発生システム1000のうちオゾン発生器200がオゾン発生器300に置き換わった構造となる。 Therefore, the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment has a structure in which the ozone generator 200 of the ozone gas generation system 1000 of FIG. 1 is replaced with the ozone generator 300.

また、オゾン発生器300は、基本セルS1が上記第1の基本セルに置き換わり、基本セルS2が上記第2の基本セルに置き換わった点、マニホールドブロック9が後述するマニホールドブロック59(59A〜59D)に置き換わった点が、オゾン発生器200との主要な相違点となる。 Further, in the ozone generator 300, the basic cell S1 is replaced with the first basic cell, the basic cell S2 is replaced with the second basic cell, and the manifold block 9 is a manifold block 59 (59A to 59D) described later. The main difference from the ozone generator 200 is that it is replaced with.

なお、上記した主要な相違点を除き、実施の形態2のオゾン発生器300は実施の形態1のオゾン発生器200と同様な構成となっている。 The ozone generator 300 of the second embodiment has the same configuration as the ozone generator 200 of the first embodiment, except for the main differences described above.

図7及び図8で示す第1の態様では、1単位の放電セルの全放電面積stを、実施の形態1で述べた条件(1)を満足する面積soの5倍程度に設定している。 In the first aspect shown in FIGS. 7 and 8, the total discharge area st of one unit of the discharge cell is set to about 5 times the area so that satisfies the condition (1) described in the first embodiment. ..

図9及び図10で示す第2の態様では、1単位の放電セルの全放電面積stを、実施の形態1で述べた条件(1)を満足する面積soの3倍程度に設定している。 In the second aspect shown in FIGS. 9 and 10, the total discharge area st of one unit of the discharge cell is set to about three times the area so that satisfies the condition (1) described in the first embodiment. ..

図11及び図12で示す第3の態様では、1単位の放電セルの全放電面積stを、実施の形態1で述べた条件(1)を満足する面積soの4倍程度に設定している。 In the third aspect shown in FIGS. 11 and 12, the total discharge area st of one unit of the discharge cell is set to about four times the area so that satisfies the condition (1) described in the first embodiment. ..

図13及び図14で示す第4の態様では、1単位の放電セルの全放電面積stを、実施の形態1で述べた条件(1)を満足する面積soの6倍程度に設定している。 In the fourth aspect shown in FIGS. 13 and 14, the total discharge area st of one unit of the discharge cell is set to about 6 times the area so that satisfies the condition (1) described in the first embodiment. ..

図7,図9、図11及び図13に示すように、接地冷却電極51と接地冷却電極51に隣接してマニホールドブロック59(59A〜59D)が設けられる。 As shown in FIGS. 7, 9, 11 and 13, manifold blocks 59 (59A to 59D) are provided adjacent to the ground cooling electrode 51 and the ground cooling electrode 51.

以下、マニホールドブロック59A〜59Dを総称する場合、単に「マニホールドブロック59」と称する。 Hereinafter, when the manifold blocks 59A to 59D are collectively referred to, they are simply referred to as "manifold blocks 59".

図7,図9,図11及び図13に示すように、接地冷却電極51は、平面視して台形を含む矩形状を呈し、その上面及び下面にNφ(Nφ≧2)個のオゾンガス取出口75(75a〜75f)が分散して設けられる。 As shown in FIGS. 7, 9, 11 and 13, the ground cooling electrode 51 has a rectangular shape including a trapezium in a plan view, and Nφ (Nφ ≧ 2) ozone gas outlets are formed on the upper surface and the lower surface thereof. 75 (75a to 75f) are dispersedly provided.

接地冷却電極51の上面及び下面は共に放電空間を形成する放電面となり、上面に設けられるNφ個のオゾンガス取出口75と下面に設けられるNφ個のオゾンガス取出口75とは平面視して合致している。以下、オゾンガス取出口75a〜75fを総称する場合、単に「オゾンガス取出口75」と称する。 Both the upper surface and the lower surface of the ground cooling electrode 51 are discharge surfaces that form a discharge space, and the Nφ ozone gas outlets 75 provided on the upper surface and the Nφ ozone gas outlets 75 provided on the lower surface match in a plan view. ing. Hereinafter, when the ozone gas outlets 75a to 75f are collectively referred to, they are simply referred to as "ozone gas outlet 75".

接地冷却電極51の内部において、上面及び下面それぞれに設けられたNφ個のオゾンガス取出口75それぞれに繋がり、Nφ個のオゾンガス取出口75から取り出されたオゾンガスを集約して外部に出力するオゾンガス取出経路77(77A〜77D)と、冷却水流路70(70A〜70D)とが設けられる。 Inside the ground cooling electrode 51, an ozone gas extraction path that connects to each of the Nφ ozone gas outlets 75 provided on the upper surface and the lower surface, aggregates the ozone gas extracted from the Nφ ozone gas outlets 75, and outputs the ozone gas to the outside. 77 (77A to 77D) and a cooling water flow path 70 (70A to 70D) are provided.

以下、オゾンガス取出経路77A〜77Dを総称する場合、単に「オゾンガス取出経路77」と称し、冷却水流路70A〜70Dを総称する場合、単位「冷却水流路70」と称する。 Hereinafter, when the ozone gas take-out paths 77A to 77D are collectively referred to, they are simply referred to as "ozone gas take-out paths 77", and when the cooling water channels 70A to 70D are collectively referred to, they are referred to as a unit "cooling water flow path 70".

オゾンガス取出経路77はマニホールドブロック59に設けられるオゾンガス出力経路92に繋がっており、複数の放電セルそれぞれで生成したオゾンガスGOUTをマニホールドブロック59に出力することができる。The ozone gas take-out path 77 is connected to the ozone gas output path 92 provided in the manifold block 59, and the ozone gas G OUT generated by each of the plurality of discharge cells can be output to the manifold block 59.

冷却水流路70はマニホールドブロック59の冷却水入力経路93と冷却水出力経路91とに接続され、冷却水入力経路93より冷却水WINを入力し、冷却水流路70に冷却水を流した後、冷却水出力経路91より冷却水WOUTを出力する。冷却水流路70に冷却水を流すことにより接地冷却電極51を冷却することができる。Cooling water passage 70 is connected to a cooling water input path 93 of the manifold block 59 and the cooling water output path 91, the cooling water input path 93 and enter the cooling water W IN, after flowing the cooling water to the cooling water flow path 70 , The cooling water W OUT is output from the cooling water output path 91. The ground cooling electrode 51 can be cooled by flowing cooling water through the cooling water flow path 70.

接地冷却電極51において、誘電体電極52と対向する放電面に、図示しない光触媒膜が塗布されるとともに、放電面に放電ギャップ長dを形成するための所定数の放電スペーサ73(放電スペーサ73A〜73D)が設けられる。以下、放電スペーサ73A〜73Dを総称する場合、単に「放電スペーサ73」と称する。 In the ground cooling electrode 51, a photocatalyst film (not shown) is applied to the discharge surface facing the dielectric electrode 52, and a predetermined number of discharge spacers 73 (discharge spacers 73A to 73) for forming a discharge gap length d on the discharge surface. 73D) is provided. Hereinafter, when the discharge spacers 73A to 73D are collectively referred to, they are simply referred to as "discharge spacer 73".

また、接地冷却電極51は、2枚の薄い板の張り合わせた後、密着加圧接続され、この張り合わせた2枚の板の少なくとも一方にハーフエッチングした溝形成をすることにより、接地冷却電極51の内部に上述した冷却水流路70及びオゾンガス取出経路77を設けることができる。 Further, the ground cooling electrode 51 is formed by laminating two thin plates and then closely pressurizing the two plates, and forming a half-etched groove on at least one of the two laminated plates to form a groove of the ground cooling electrode 51. The cooling water flow path 70 and the ozone gas extraction path 77 described above can be provided inside.

実施の形態2の第1〜第4の態様においては、実施の形態1の1単位の放電セルの放電面積soと比較して3〜6倍程度の放電面積stを有する1単位の放電セルを採用している。具体的には、第1の態様の放電面積stが放電面積soの5倍程度に設定され、第2の態様の放電面積stが放電面積soの3倍程度に設定され、第3の態様の放電面積stが放電面積soの4倍程度に設定され、第4の態様の放電面積stが放電面積soの6倍程度に設定される。 In the first to fourth aspects of the second embodiment, one unit of the discharge cell having a discharge area st of about 3 to 6 times as much as the discharge area so of the one unit of the discharge cell of the first embodiment is used. It is adopted. Specifically, the discharge area st of the first aspect is set to about 5 times the discharge area so, and the discharge area st of the second aspect is set to about 3 times the discharge area so. The discharge area st is set to about 4 times the discharge area so, and the discharge area st in the fourth aspect is set to about 6 times the discharge area so.

実施の形態2では、複数の放電セルに投入する放電電力DWを可能な範囲で最大に設定した場合の放電電力密度Jは4.0W/mとし、基本放電セル組の積層枚数nとしては“10”を採用し、基準最小構成でオゾン発生器300を実現している。In the second embodiment, the discharge power density J when the discharge power DW to be input to the plurality of discharge cells is set to the maximum within the possible range is 4.0 W / m 2, and the number of stacked basic discharge cell sets n is set. "10" is adopted, and the ozone generator 300 is realized with the minimum standard configuration.

図9及び図10で示す第2の態様の放電面積stを基準の“1”とした場合、第1の態様は基準に対し約1.7倍、第3の態様は基準に対し約1.3倍、第4の態様は基準に対し約2倍となる。 When the discharge area st of the second aspect shown in FIGS. 9 and 10 is set to "1" with respect to the reference, the first aspect is about 1.7 times the reference, and the third aspect is about 1. Three times, the fourth aspect is about twice the standard.

(第1の態様)
以下、図7及び図8を参照して第1の態様における1単位の放電セルの構造を説明する。図7及び図8に示すように、第1の態様における1単位の放電セルは、一対の平板電極を構成する、接地冷却電極51A(平板状の第1の電極)と誘電体電極52A(平板状の第2の電極)との組合せ構造となっている。誘電体電極52Aは例えばセラミックス板であり、誘電体を有する電極となる。
(First aspect)
Hereinafter, the structure of one unit of the discharge cell in the first aspect will be described with reference to FIGS. 7 and 8. As shown in FIGS. 7 and 8, the one unit discharge cell in the first aspect constitutes a pair of flat plate electrodes, that is, a ground cooling electrode 51A (flat plate-shaped first electrode) and a dielectric electrode 52A (flat plate). It has a combined structure with the second electrode). The dielectric electrode 52A is, for example, a ceramic plate, and is an electrode having a dielectric.

そして、接地冷却電極51Aと誘電体電極52Aとが互いに対向する空間が放電空間となり、接地冷却電極51Aと誘電体電極52Aとが平面視して重複する領域の面積が放電面積stとなる。第1の態様では分割数Nφとして“5”を採用している。 The space where the ground cooling electrode 51A and the dielectric electrode 52A face each other becomes the discharge space, and the area where the ground cooling electrode 51A and the dielectric electrode 52A overlap in a plan view is the discharge area st. In the first aspect, "5" is adopted as the number of divisions Nφ.

接地冷却電極51Aは、平面視して角部が丸められた台形状を呈し、その上面及び下面それぞれに5個のオゾンガス取出口75a〜75eが設けられる。 The ground cooling electrode 51A has a trapezoidal shape with rounded corners in a plan view, and five ozone gas outlets 75a to 75e are provided on each of the upper surface and the lower surface thereof.

誘電体電極52Aは、接地冷却電極51Aと同様に平面視して角部が丸められた台形状を呈し、誘電体電極52A上には平面視して誘電体電極52Aより少し小さい台形状の導電性膜62Aが設けられる。 Like the ground cooling electrode 51A, the dielectric electrode 52A has a trapezoidal shape with rounded corners in a plan view, and the dielectric electrode 52A has a trapezoidal conductivity slightly smaller than the dielectric electrode 52A in a plan view. A sex membrane 62A is provided.

導電性膜62Aが上方に位置する状態で、接地冷却電極51Aと誘電体電極52Aとが平面視して合致するように、接地冷却電極51A上に誘電体電極52Aを配置することにより、第1の態様の第1の基本セルが構成される。 By arranging the dielectric electrode 52A on the ground cooling electrode 51A so that the ground cooling electrode 51A and the dielectric electrode 52A match in a plan view with the conductive film 62A located above, the first The first basic cell of the embodiment is configured.

さらに、導電性膜62Aが下方に位置する状態で、接地冷却電極51Aと誘電体電極52Aとが平面視して合致するように、接地冷却電極51A下に誘電体電極52Aを配置することにより、第1の態様の第2の基本セルが構成される。 Further, by arranging the dielectric electrode 52A under the ground cooling electrode 51A so that the ground cooling electrode 51A and the dielectric electrode 52A match in a plan view with the conductive film 62A located below, the dielectric electrode 52A is arranged. The second basic cell of the first aspect is configured.

第1及び第2の基本セルがそれぞれ第1の態様における1単位の放電セルとなる。また、第1及び第2の基本セルの組合せが基本放電セル組となる。したがって、接地冷却電極51Aの上面は第1の基本セルの放電面となり、接地冷却電極51Aの下面は第2の基本セルの放電面となる。 The first and second basic cells are each one unit of discharge cell in the first aspect. Further, the combination of the first and second basic cells is a basic discharge cell set. Therefore, the upper surface of the ground cooling electrode 51A is the discharge surface of the first basic cell, and the lower surface of the ground cooling electrode 51A is the discharge surface of the second basic cell.

基本放電セル組に対し、図7に示す様に、接地冷却電極51A(誘電体電極52A)の外周部から原料ガスである酸素ガスGINが供給される。 As shown in FIG. 7, oxygen gas G IN, which is a raw material gas, is supplied to the basic discharge cell set from the outer peripheral portion of the ground cooling electrode 51A (dielectric electrode 52A).

第1の態様の1単位の放電セルの放電面積stは実施の形態1の放電面積soの5倍相当の約350cmに設定され、第1の態様の基本放電セル組を多段に積層してなる複数の放電セル(放電セル群)をオゾン発生器300が有することになる。The discharge area st of one unit of the discharge cell of the first aspect is set to about 350 cm 2 which is equivalent to five times the discharge area so of the first embodiment, and the basic discharge cell sets of the first aspect are laminated in multiple stages. The ozone generator 300 has a plurality of discharge cells (discharge cell groups).

第1の態様の第1及び第2の基本セルそれぞれに対し、導電性膜62Aと接地冷却電極51Aとの間にオゾン用電源100からオゾン発生用交流電圧を印加して、第1及び第2の基本セルそれぞれにおいて、誘電体電極52Aと接地冷却電極51Aとの間の放電空間に誘電体バリア放電を発生させる。その結果、第1及び第2の基本セルそれぞれの放電空間でオゾンガスが生成され、生成されたオゾンガスは、5個のオゾンガス取出口75a〜75eそれぞれに分流して流れ込む。 An AC voltage for generating ozone is applied between the conductive film 62A and the ground cooling electrode 51A from the ozone power source 100 to each of the first and second basic cells of the first aspect, and the first and second basic cells are subjected to. In each of the basic cells of the above, a dielectric barrier discharge is generated in the discharge space between the dielectric electrode 52A and the ground cooling electrode 51A. As a result, ozone gas is generated in the discharge spaces of the first and second basic cells, and the generated ozone gas is divided and flows into each of the five ozone gas outlets 75a to 75e.

接地冷却電極51Aの内部において、5個のオゾンガス取出口75a〜75eそれぞれに繋がり、5個のオゾンガス取出口75a〜75eから取り出されたオゾンガスを集約して外部に出力するオゾンガス取出経路77Aと、冷却水流路70Aとが設けられる。 Inside the ground cooling electrode 51A, an ozone gas take-out path 77A connected to each of the five ozone gas outlets 75a to 75e, and the ozone gas taken out from the five ozone gas outlets 75a to 75e is aggregated and output to the outside, and cooling. A water flow path 70A is provided.

オゾンガス取出経路77Aはマニホールドブロック59に設けられるオゾンガス出力経路92に繋がっている。 The ozone gas take-out path 77A is connected to the ozone gas output path 92 provided in the manifold block 59.

したがって、上記した第1及び第2の基本セルそれぞれの放電空間で生成したオゾンガスは、接地冷却電極51Aの上面及び下面それぞれに設けられたオゾンガス取出口75a〜75eに流れ込む。その後、オゾンガス取出経路77Aで1つに合流しオゾンガス出力Goutに集約され、オゾンガスGOUTがマニホールドブロック59Aのオゾンガス出力経路92に出力される。その結果、マニホールドブロック59Aのオゾンガス出力経路92を介して、オゾンガス出口32(図1参照)からオゾンガスを取り出すことができる。Therefore, the ozone gas generated in the discharge spaces of the first and second basic cells described above flows into the ozone gas outlets 75a to 75e provided on the upper surface and the lower surface of the ground cooling electrode 51A, respectively. After that, the ozone gas take-out path 77A merges into one and is integrated into the ozone gas output G out , and the ozone gas G OUT is output to the ozone gas output path 92 of the manifold block 59A. As a result, ozone gas can be taken out from the ozone gas outlet 32 (see FIG. 1) via the ozone gas output path 92 of the manifold block 59A.

したがって、基本放電セル組毎に、上述したオゾンガス取り出し処理が行われ、積層枚数nで多段に積層された基本放電セル組それぞれで生成されたオゾンガスがマニホールドブロック59Aのオゾンガス出力経路92に集められる。 Therefore, the above-mentioned ozone gas extraction process is performed for each basic discharge cell set, and the ozone gas generated in each of the basic discharge cell sets stacked in multiple stages with the number of stacked n is collected in the ozone gas output path 92 of the manifold block 59A.

冷却水流路70Aは、マニホールドブロック59の冷却水入力経路93と冷却水出力経路91とに接続され、冷却水入力経路93より冷却水WINを入力し、冷却水流路70Aに冷却水を流した後、冷却水出力経路91より冷却水WOUTを出力する。冷却水流路70Aに冷却水を流すことにより接地冷却電極51Aを冷却することができる。Cooling water passage 70A is connected to a cooling water input path 93 of the manifold block 59 and the cooling water output path 91, and enter the cooling water W IN from the cooling water input path 93 and flushed with cooling water in the cooling water passage 70A After that, the cooling water W OUT is output from the cooling water output path 91. The ground cooling electrode 51A can be cooled by flowing cooling water through the cooling water flow path 70A.

この接地冷却電極51Aにおいて誘電体電極52Aと対向する放電面に、図示しない光触媒膜が塗布されるとともに、放電面に放電ギャップ長dを形成するための4個の放電スペーサ73Aが分散して設けられる。4個の放電スペーサ73Aの形成高さによって放電ギャップ長dが規定される。 A photocatalyst film (not shown) is applied to the discharge surface of the ground cooling electrode 51A facing the dielectric electrode 52A, and four discharge spacers 73A for forming a discharge gap length d are provided on the discharge surface in a dispersed manner. Be done. The discharge gap length d is defined by the formation height of the four discharge spacers 73A.

4個の放電スペーサ73Aは接地冷却電極51Aの上面及び下面それぞれで接地冷却電極51Aと一体化して設けられ(連結され)、上面に設けられる4個の放電スペーサ73Aが第1の基本セルの放電ギャップ長dを規定し、下面に設けられる4個の放電スペーサ73Aが第2の基本セルの放電ギャップ長dを規定する。 The four discharge spacers 73A are integrally provided (connected) with the ground cooling electrode 51A on the upper surface and the lower surface of the ground cooling electrode 51A, respectively, and the four discharge spacers 73A provided on the upper surface discharge the first basic cell. The gap length d is defined, and the four discharge spacers 73A provided on the lower surface define the discharge gap length d of the second basic cell.

第1の態様における1単位の放電セルは、以下の条件(a)及び(b)を満足する。
(a) 放電面積stを分割数Nで除算した分割面積dsoが、30cm以上、160cm未満の範囲に設定される。
(b) 放電空間における放電ギャップ長が80μm未満に設定される。
The one-unit discharge cell in the first aspect satisfies the following conditions (a) and (b).
(a) The divided area dso obtained by dividing the discharge area st by the number of divisions N is set in the range of 30 cm 2 or more and less than 160 cm 2.
(b) The discharge gap length in the discharge space is set to less than 80 μm.

さらに、第1の態様の放電セルは、以下の条件(c)を満足する。
(c) 平面視して5個のオゾンガス取出口75a〜75eを中心とした5個の仮想円状放電領域79a〜79eが互いに重複することなく放電空間(接地冷却電極51Aの平面形状)内に形成されるように、5個のオゾンガス取出口75a〜75eは配置され、5個の仮想円状放電領域79a〜79eそれぞれの半径r(放電径D1/2)は{r=(0.8・dso/π)0.5}を満足する。
Further, the discharge cell of the first aspect satisfies the following condition (c).
(c) Five virtual circular discharge regions 79a to 79e centered on the five ozone gas outlets 75a to 75e in a plan view are contained in the discharge space (planar shape of the ground cooling electrode 51A) without overlapping each other. The five ozone gas outlets 75a to 75e are arranged so as to be formed, and the radius r (discharge diameter D1 / 2) of each of the five virtual circular discharge regions 79a to 79e is {r = (0.8. dso / π) 0.5 } is satisfied.

なお、5個の仮想円状放電領域79a〜79eは、平面視して4個の放電スペーサ73A、オゾンガス取出経路77A及び冷却水流路70Aにも重複しない。 The five virtual circular discharge regions 79a to 79e do not overlap with the four discharge spacers 73A, the ozone gas extraction path 77A, and the cooling water flow path 70A in a plan view.

仮想円状放電領域79a〜79eはそれぞれ、4個の放電スペーサ73A、オゾンガス取出経路77A及び冷却水流路70Aの形成領域等を考慮して、分割面積dsoの8割の面積に設定されている。 The virtual circular discharge regions 79a to 79e are set to 80% of the divided area dso in consideration of the four discharge spacers 73A, the ozone gas extraction path 77A, the cooling water flow path 70A, and the like, respectively.

(第2の態様)
以下、図9及び図10を参照して第2の態様における1単位の放電セルの構造を説明する。図9及び図10に示すように、第2の態様における1単位の放電セルは、一対の平板電極を構成する、接地冷却電極51B(平板状の第1の電極)と誘電体電極52B(平板状の第2の電極)との組合せ構造となっている。誘電体電極52Bは例えばセラミックス板であり、誘電体を有する電極となる。
(Second aspect)
Hereinafter, the structure of the 1-unit discharge cell in the second aspect will be described with reference to FIGS. 9 and 10. As shown in FIGS. 9 and 10, the 1-unit discharge cell in the second aspect constitutes a pair of flat plate electrodes, that is, a ground cooling electrode 51B (flat plate-shaped first electrode) and a dielectric electrode 52B (flat plate). It has a combined structure with the second electrode). The dielectric electrode 52B is, for example, a ceramic plate, and is an electrode having a dielectric.

そして、接地冷却電極51Bと誘電体電極52Bとが互いに対向する空間が放電空間となり、接地冷却電極51Bと誘電体電極52Bとが平面視して重複する領域の面積が放電面積stとなる。第2の態様では分割数Nφとして“3”を採用している。 The space where the ground cooling electrode 51B and the dielectric electrode 52B face each other becomes the discharge space, and the area where the ground cooling electrode 51B and the dielectric electrode 52B overlap in a plan view is the discharge area st. In the second aspect, "3" is adopted as the number of divisions Nφ.

接地冷却電極51Bは、平面視して角部が丸められた台形状を呈し、その上面及び下面それぞれに3個のオゾンガス取出口75a〜75cが設けられる。 The ground cooling electrode 51B has a trapezoidal shape with rounded corners in a plan view, and three ozone gas outlets 75a to 75c are provided on each of the upper surface and the lower surface thereof.

誘電体電極52Bは、接地冷却電極51Bと同様に平面視して角部が丸められた台形状を呈し、誘電体電極52B上には平面視して誘電体電極52Bより少し小さい台形状の導電性膜62Bが設けられる。 Like the ground cooling electrode 51B, the dielectric electrode 52B has a trapezoidal shape with rounded corners in a plan view, and the dielectric electrode 52B has a trapezoidal conductivity slightly smaller than the dielectric electrode 52B in a plan view. The sex membrane 62B is provided.

導電性膜62Bが上方に位置する状態で、接地冷却電極51Bと誘電体電極52Bとが平面視して合致するように、接地冷却電極51B上に誘電体電極52Bを配置することにより、第2の態様の第1の基本セルが構成される。 By arranging the dielectric electrode 52B on the ground cooling electrode 51B so that the ground cooling electrode 51B and the dielectric electrode 52B match in a plan view with the conductive film 62B located above, the second The first basic cell of the embodiment is configured.

さらに、導電性膜62Bが下方に位置する状態で、接地冷却電極51Bと誘電体電極52Bとが平面視して合致するように、接地冷却電極51B下に誘電体電極52Bを配置することにより、第2の態様の第2の基本セルが構成される。 Further, by arranging the dielectric electrode 52B under the ground cooling electrode 51B so that the ground cooling electrode 51B and the dielectric electrode 52B match in a plan view with the conductive film 62B located below, the dielectric electrode 52B is arranged. The second basic cell of the second aspect is configured.

第1及び第2の基本セルがそれぞれ第2の態様における1単位の放電セルとなる。また、第1及び第2の基本セルの組合せが基本放電セル組となる。したがって、接地冷却電極51Bの上面は第1の基本セルの放電面となり、接地冷却電極51Bの下面は第2の基本セルの放電面となる。 The first and second basic cells are each one unit of discharge cell in the second aspect. Further, the combination of the first and second basic cells is a basic discharge cell set. Therefore, the upper surface of the ground cooling electrode 51B is the discharge surface of the first basic cell, and the lower surface of the ground cooling electrode 51B is the discharge surface of the second basic cell.

基本放電セル組に対し、図9に示す様に、接地冷却電極51B(誘電体電極52B)の外周部から原料ガスである酸素ガスGINが供給される。 As shown in FIG. 9, oxygen gas G IN, which is a raw material gas, is supplied to the basic discharge cell set from the outer peripheral portion of the ground cooling electrode 51B (dielectric electrode 52B).

第2の態様の放電セルの放電面積stは実施の形態1の放電面積soの3倍相当の約230cmに設定され、第2の態様の基本放電セル組を積層枚数nで積層してなる複数の放電セル(放電セル群)をオゾン発生器300が有することになる。The discharge area st of the discharge cell of the second aspect is set to about 230 cm 2 which is equivalent to three times the discharge area so of the first embodiment, and the basic discharge cell set of the second aspect is laminated with the number of stacked n. The ozone generator 300 has a plurality of discharge cells (discharge cell group).

第2の態様の第1及び第2の基本セルそれぞれに対し、導電性膜62Bと接地冷却電極51Bとの間にオゾン用電源100からオゾン発生用交流電圧を印加して、第1及び第2の基本セルそれぞれにおいて、誘電体電極52Bと接地冷却電極51Bとの間の放電空間に誘電体バリア放電を発生させる。その結果、第1及び第2の基本セルそれぞれの放電空間でオゾンガスが生成され、生成されたオゾンガスは、3個のオゾンガス取出口75a〜75cそれぞれに分流して流れ込む。 An AC voltage for generating ozone is applied between the conductive film 62B and the ground cooling electrode 51B from the ozone power source 100 to each of the first and second basic cells of the second aspect, and the first and second basic cells are subjected to. In each of the basic cells of the above, a dielectric barrier discharge is generated in the discharge space between the dielectric electrode 52B and the ground cooling electrode 51B. As a result, ozone gas is generated in the discharge spaces of the first and second basic cells, and the generated ozone gas is divided and flows into each of the three ozone gas outlets 75a to 75c.

接地冷却電極51Bの内部において、3個のオゾンガス取出口75a〜75cそれぞれに繋がり、3個のオゾンガス取出口75a〜75cから取り出されたオゾンガスを集約して外部に出力するオゾンガス取出経路77Bと、冷却水流路70Bとが設けられる。 Inside the ground cooling electrode 51B, an ozone gas take-out path 77B connected to each of the three ozone gas outlets 75a to 75c, and the ozone gas taken out from the three ozone gas outlets 75a to 75c is aggregated and output to the outside, and cooling. A water flow path 70B is provided.

オゾンガス取出経路77Bはマニホールドブロック59に設けられるオゾンガス出力経路92に繋がっている。 The ozone gas take-out path 77B is connected to the ozone gas output path 92 provided in the manifold block 59.

したがって、上記した第1及び第2の基本セルそれぞれの放電空間で生成したオゾンガスは、接地冷却電極51Bの上面及び下面それぞれに設けられたオゾンガス取出口75a〜75cに流れ込む。その後、オゾンガス取出経路77Bで1つに合流しオゾンガス出力Goutに集約され、オゾンガスGOUTがマニホールドブロック59Bのオゾンガス出力経路92に出力される。その結果、マニホールドブロック59Bのオゾンガス出力経路92を介してオゾンガスを取り出すことができる。Therefore, the ozone gas generated in the discharge spaces of the first and second basic cells described above flows into the ozone gas outlets 75a to 75c provided on the upper surface and the lower surface of the ground cooling electrode 51B, respectively. After that, the ozone gas take-out path 77B merges into one and is integrated into the ozone gas output G out , and the ozone gas G OUT is output to the ozone gas output path 92 of the manifold block 59B. As a result, ozone gas can be taken out through the ozone gas output path 92 of the manifold block 59B.

したがって、基本放電セル組毎に、上述したオゾンガス取り出し処理が行われ、積層枚数nで多段に積層された基本放電セル組それぞれで生成されたオゾンガスがマニホールドブロック59Bのオゾンガス出力経路92に集められる。 Therefore, the above-mentioned ozone gas extraction process is performed for each basic discharge cell set, and the ozone gas generated in each of the basic discharge cell sets stacked in multiple stages with the number of stacked n is collected in the ozone gas output path 92 of the manifold block 59B.

冷却水流路70Bはマニホールドブロック59の冷却水入力経路93と冷却水出力経路91とに接続され、冷却水入力経路93より冷却水WINを入力し、冷却水流路70Bに冷却水を流した後、冷却水出力経路91より冷却水WOUTを出力する。冷却水流路70Bに冷却水を流すことにより接地冷却電極51Bを冷却することができる。Cooling water passage 70B is connected to a cooling water input path 93 of the manifold block 59 and the cooling water output path 91, the cooling water input path 93 and enter the cooling water W IN, after flowing the cooling water to the cooling water passage 70B , The cooling water W OUT is output from the cooling water output path 91. The ground cooling electrode 51B can be cooled by flowing cooling water through the cooling water flow path 70B.

接地冷却電極51Bにおいて誘電体電極52Bと対向する放電面に、図示しない光触媒膜が塗布されるとともに、放電面に放電ギャップ長dを形成するための4個の放電スペーサ73Bが分散して設けられる。4個の放電スペーサ73Bの形成高さによって放電ギャップ長dが規定される。 A photocatalyst film (not shown) is applied to the discharge surface of the ground cooling electrode 51B facing the dielectric electrode 52B, and four discharge spacers 73B for forming a discharge gap length d are provided on the discharge surface in a dispersed manner. .. The discharge gap length d is defined by the formation height of the four discharge spacers 73B.

4個の放電スペーサ73Bは接地冷却電極51Bの上面及び下面それぞれで接地冷却電極51Bと一体化して設けられ(連結され)、上面に設けられる4個の放電スペーサ73Bが第1の基本セルの放電ギャップ長dを規定し、下面に設けられる4個の放電スペーサ73Bが第2の基本セルの放電ギャップ長dを規定する。 The four discharge spacers 73B are integrally provided (connected) with the ground cooling electrode 51B on the upper surface and the lower surface of the ground cooling electrode 51B, respectively, and the four discharge spacers 73B provided on the upper surface discharge the first basic cell. The gap length d is defined, and the four discharge spacers 73B provided on the lower surface define the discharge gap length d of the second basic cell.

第2の態様における1単位の放電セルは、第1の態様と同様、上述した条件(a)及び(b)を満足する。 The one-unit discharge cell in the second aspect satisfies the above-mentioned conditions (a) and (b) as in the first aspect.

さらに、第2の態様の放電セルは、以下の条件(c)を満足する。
(c) 平面視して3個のオゾンガス取出口75a〜75cを中心とした3個の仮想円状放電領域79a〜79cが互いに重複することなく放電空間(接地冷却電極51Bの平面形状)内に形成されるように、3個のオゾンガス取出口75a〜75cは配置され、3個の仮想円状放電領域79a〜79cそれぞれの半径r(放電径D1/2)は{r=(0.8・dso/π)0.5}を満足する。
Further, the discharge cell of the second aspect satisfies the following condition (c).
(c) Three virtual circular discharge regions 79a to 79c centered on the three ozone gas outlets 75a to 75c in a plan view are contained in the discharge space (planar shape of the ground cooling electrode 51B) without overlapping each other. The three ozone gas outlets 75a to 75c are arranged so as to be formed, and the radius r (discharge diameter D1 / 2) of each of the three virtual circular discharge regions 79a to 79c is {r = (0.8. dso / π) 0.5 } is satisfied.

なお、3個の仮想円状放電領域79a〜79cは、平面視して4個の放電スペーサ73B、オゾンガス取出経路77B及び冷却水流路70Bにも重複しない。 The three virtual circular discharge regions 79a to 79c do not overlap with the four discharge spacers 73B, the ozone gas extraction path 77B, and the cooling water flow path 70B in a plan view.

仮想円状放電領域79a〜79cはそれぞれ、4個の放電スペーサ73B、オゾンガス取出経路77B及び冷却水流路70Bの形成領域等を考慮して、分割面積dsoの8割の面積に設定されている。 The virtual circular discharge regions 79a to 79c are set to 80% of the divided area dso in consideration of the four discharge spacers 73B, the ozone gas extraction path 77B, the cooling water flow path 70B, and the like.

(第3の態様)
以下、図11及び図12を参照して第3の態様における1単位の放電セルの構造を説明する。図11及び図12に示すように、第3の態様における1単位の放電セルは、一対の平板電極を構成する、接地冷却電極51C(平板状の第1の電極)と誘電体電極52C(平板状の第2の電極)との組合せ構造となっている。誘電体電極52Cは例えばセラミックス板であり、誘電体を有する電極となる。
(Third aspect)
Hereinafter, the structure of the 1-unit discharge cell in the third aspect will be described with reference to FIGS. 11 and 12. As shown in FIGS. 11 and 12, the 1-unit discharge cell in the third aspect constitutes a pair of flat plate electrodes, that is, a ground cooling electrode 51C (flat plate-shaped first electrode) and a dielectric electrode 52C (flat plate). It has a combined structure with the second electrode). The dielectric electrode 52C is, for example, a ceramic plate, and is an electrode having a dielectric.

そして、接地冷却電極51Cと誘電体電極52Cとが互いに対向する空間が放電空間となり、接地冷却電極51Cと誘電体電極52Cとが平面視して重複する領域の面積が放電面積stとなる。第3の態様では分割数Nφとして“4”を採用している。 The space where the ground cooling electrode 51C and the dielectric electrode 52C face each other becomes the discharge space, and the area where the ground cooling electrode 51C and the dielectric electrode 52C overlap in a plan view is the discharge area st. In the third aspect, "4" is adopted as the number of divisions Nφ.

接地冷却電極51Cは、平面視して角部が丸められた正方形状を呈し、その上面及び下面にそれぞれ4個のオゾンガス取出口75a〜75dが設けられる。 The ground cooling electrode 51C has a square shape with rounded corners in a plan view, and four ozone gas outlets 75a to 75d are provided on the upper surface and the lower surface thereof, respectively.

誘電体電極52Cは、接地冷却電極51Cと同様に平面視して角部が丸められた正方形状を呈し、誘電体電極52C上には平面視して誘電体電極52Cより少し小さい正方形状の導電性膜62Cが設けられる。 Like the ground cooling electrode 51C, the dielectric electrode 52C has a square shape with rounded corners in a plan view, and the dielectric electrode 52C has a square-shaped conductivity slightly smaller than the dielectric electrode 52C in a plan view. A sex membrane 62C is provided.

導電性膜62Cが上方に位置する状態で、接地冷却電極51Cと誘電体電極52Cとが平面視して合致するように、接地冷却電極51C上に誘電体電極52Cを配置することにより、第3の態様の第1の基本セルが構成される。 By arranging the dielectric electrode 52C on the ground cooling electrode 51C so that the ground cooling electrode 51C and the dielectric electrode 52C match in a plan view with the conductive film 62C located above, the third The first basic cell of the embodiment is configured.

さらに、導電性膜62Cが下方に位置する状態で、接地冷却電極51Cと誘電体電極52Cとが平面視して合致するように、接地冷却電極51C下に誘電体電極52Cを配置することにより、第3の態様の第2の基本セルが構成される。 Further, by arranging the dielectric electrode 52C under the ground cooling electrode 51C so that the ground cooling electrode 51C and the dielectric electrode 52C match in a plan view with the conductive film 62C located below, the dielectric electrode 52C is arranged. The second basic cell of the third aspect is configured.

第1及び第2の基本セルがそれぞれ第3の態様における1単位の放電セルとなる。また、第1及び第2の基本セルの組合せが基本放電セル組となる。したがって、接地冷却電極51Cの上面は第1の基本セルの放電面となり、接地冷却電極51Cの下面は第2の基本セルの放電面となる。 The first and second basic cells are each one unit of discharge cell in the third aspect. Further, the combination of the first and second basic cells is a basic discharge cell set. Therefore, the upper surface of the ground cooling electrode 51C is the discharge surface of the first basic cell, and the lower surface of the ground cooling electrode 51C is the discharge surface of the second basic cell.

基本放電セル組に対し、図11に示す様に、接地冷却電極51C(誘電体電極52C)の外周部から原料ガスである酸素ガスGINが供給される。 As shown in FIG. 11, oxygen gas G IN, which is a raw material gas, is supplied to the basic discharge cell set from the outer peripheral portion of the ground cooling electrode 51C (dielectric electrode 52C).

第3の態様の放電セルの放電面積stは実施の形態1の放電面積soの4倍相当の約320cmに設定され、第3の態様の基本放電セル組を積層枚数nで多段に積層してなる複数の放電セル(放電セル群)をオゾン発生器300が有することになる。The discharge area st of the discharge cell of the third aspect is set to about 320 cm 2 which is four times the discharge area so of the first embodiment, and the basic discharge cell sets of the third aspect are laminated in multiple stages with the number of layers n. The ozone generator 300 has a plurality of discharge cells (discharge cell groups).

第3の態様の第1及び第2の基本セルそれぞれに対し、導電性膜62Cと接地冷却電極51Cとの間にオゾン用電源100からオゾン発生用交流電圧を印加して、第1及び第2の基本セルそれぞれにおいて、誘電体電極52Cと接地冷却電極51Cとの間の放電空間に誘電体バリア放電を発生させる。その結果、第1及び第2の基本セルそれぞれの放電空間でオゾンガスが生成され、生成されたオゾンガスは、4個のオゾンガス取出口75a〜75dそれぞれに分流して流れ込む。 An AC voltage for generating ozone is applied between the conductive film 62C and the ground cooling electrode 51C from the ozone power source 100 to each of the first and second basic cells of the third aspect, and the first and second basic cells are subjected to. In each of the basic cells of the above, a dielectric barrier discharge is generated in the discharge space between the dielectric electrode 52C and the ground cooling electrode 51C. As a result, ozone gas is generated in the discharge spaces of the first and second basic cells, and the generated ozone gas is divided and flows into each of the four ozone gas outlets 75a to 75d.

接地冷却電極51Cの内部において、4個のオゾンガス取出口75a〜75dそれぞれに繋がり、4個のオゾンガス取出口75a〜75dから取り出されたオゾンガスを集約して外部に出力するオゾンガス取出経路77Cと、冷却水流路70Cとが設けられる。 Inside the ground cooling electrode 51C, an ozone gas take-out path 77C connected to each of the four ozone gas outlets 75a to 75d, and the ozone gas taken out from the four ozone gas outlets 75a to 75d is aggregated and output to the outside, and cooling. A water flow path 70C is provided.

オゾンガス取出経路77Cはマニホールドブロック59に設けられるオゾンガス出力経路92に繋がっている。 The ozone gas take-out path 77C is connected to the ozone gas output path 92 provided in the manifold block 59.

したがって、上記した第1及び第2の基本セルそれぞれの放電空間で生成したオゾンガスは、接地冷却電極51Cの上面及び下面それぞれに設けられたオゾンガス取出口75a〜75dに流れ込む。その後、オゾンガス取出経路77Cで1つに合流しオゾンガス出力Goutに集約され、オゾンガスGOUTがマニホールドブロック59Cのオゾンガス出力経路92に出力される。その結果、マニホールドブロック59Cのオゾンガス出力経路92を介してオゾンガスを取り出すことができる。Therefore, the ozone gas generated in the discharge spaces of the first and second basic cells described above flows into the ozone gas outlets 75a to 75d provided on the upper surface and the lower surface of the ground cooling electrode 51C, respectively. After that, the ozone gas take-out path 77C merges into one and is integrated into the ozone gas output G out , and the ozone gas G OUT is output to the ozone gas output path 92 of the manifold block 59C. As a result, ozone gas can be taken out through the ozone gas output path 92 of the manifold block 59C.

したがって、基本放電セル組毎に、上述したオゾンガス取り出し処理が行われ、積層枚数nで多段に積層された基本放電セル組それぞれで生成されたオゾンガスがマニホールドブロック59Cのオゾンガス出力経路92に集められる。 Therefore, the above-mentioned ozone gas extraction process is performed for each basic discharge cell set, and the ozone gas generated in each of the basic discharge cell sets stacked in multiple stages with the number of stacked n is collected in the ozone gas output path 92 of the manifold block 59C.

冷却水流路70Cはマニホールドブロック59の冷却水入力経路93と冷却水出力経路91とに接続され、冷却水入力経路93より冷却水WINを入力し、冷却水流路70Cに冷却水を流した後、冷却水出力経路91より冷却水WOUTを出力する。冷却水流路70Cに冷却水を流すことにより接地冷却電極51Cを冷却することができる。Cooling water passage 70C is connected to a cooling water input path 93 of the manifold block 59 and the cooling water output path 91, the cooling water input path 93 and enter the cooling water W IN, after flowing the cooling water to the cooling water passage 70C , The cooling water W OUT is output from the cooling water output path 91. The ground cooling electrode 51C can be cooled by flowing cooling water through the cooling water flow path 70C.

接地冷却電極51Cにおいて誘電体電極52Cと対向する放電面に、図示しない光触媒膜が塗布されるとともに、放電面に放電ギャップ長dを形成するための7個の放電スペーサ73Cが分散して設けられる。7個の放電スペーサ73Cの形成高さによって放電ギャップ長dが規定される。 A photocatalyst film (not shown) is applied to the discharge surface of the ground cooling electrode 51C facing the dielectric electrode 52C, and seven discharge spacers 73C for forming a discharge gap length d are provided on the discharge surface in a dispersed manner. .. The discharge gap length d is defined by the formation height of the seven discharge spacers 73C.

7個の放電スペーサ73Cは接地冷却電極51Cの上面及び下面それぞれで接地冷却電極51Cと一体化して設けられ(連結され)、上面に設けられる7個の放電スペーサ73Cが第1の基本セルの放電ギャップ長dを規定し、下面に設けられる7個の放電スペーサ73Cが第2の基本セルの放電ギャップ長dを規定する。 The seven discharge spacers 73C are integrally provided (connected) with the ground cooling electrode 51C on the upper surface and the lower surface of the ground cooling electrode 51C, respectively, and the seven discharge spacers 73C provided on the upper surface discharge the first basic cell. The gap length d is defined, and the seven discharge spacers 73C provided on the lower surface define the discharge gap length d of the second basic cell.

第3の態様における1単位の放電セルは、第1及び第2の態様と同様、上述した条件(a)及び(b)を満足する。 The one-unit discharge cell in the third aspect satisfies the above-mentioned conditions (a) and (b) as in the first and second aspects.

さらに、第3の態様の放電セルは、以下の条件(c)を満足する。
(c) 平面視して4個のオゾンガス取出口75a〜75dを中心とした4個の仮想円状放電領域79a〜79dが互いに重複することなく放電空間(接地冷却電極51Cの平面形状)内に形成されるように、4個のオゾンガス取出口75a〜75dは配置され、4個の仮想円状放電領域79a〜79dそれぞれの半径r(放電径D1/2)は{r=(0.8・dso/π)0.5}を満足する。
Further, the discharge cell of the third aspect satisfies the following condition (c).
(c) In a plan view, the four virtual circular discharge regions 79a to 79d centered on the four ozone gas outlets 75a to 75d are within the discharge space (planar shape of the ground cooling electrode 51C) without overlapping each other. The four ozone gas outlets 75a to 75d are arranged so as to be formed, and the radius r (discharge diameter D1 / 2) of each of the four virtual circular discharge regions 79a to 79d is {r = (0.8. dso / π) 0.5 } is satisfied.

なお、4個の仮想円状放電領域79a〜79dは、平面視して7個の放電スペーサ73C、オゾンガス取出経路77C及び冷却水流路70Cにも重複しない。 The four virtual circular discharge regions 79a to 79d do not overlap with the seven discharge spacers 73C, the ozone gas extraction path 77C, and the cooling water flow path 70C in a plan view.

仮想円状放電領域79a〜79dはそれぞれ、7個の放電スペーサ73C、オゾンガス取出経路77C及び冷却水流路70Cの形成領域等を考慮して、分割面積dsoの8割の面積に設定されている。 The virtual circular discharge regions 79a to 79d are set to 80% of the divided area dso in consideration of the seven discharge spacers 73C, the ozone gas extraction path 77C, the cooling water flow path 70C, and the like, respectively.

(第4の態様)
以下、図13及び図14を参照して第4の態様における1単位の放電セルの構造を説明する。図13及び図14に示すように、第4の態様における1単位の放電セルは、一対の平板電極を構成する、接地冷却電極51D(平板状の第1の電極)と誘電体電極52Dと(平板状の第2の電極)の組合せ構造となっている。誘電体電極52Dは例えばセラミックス板であり、誘電体を有する電極となる。
(Fourth aspect)
Hereinafter, the structure of one unit of the discharge cell in the fourth aspect will be described with reference to FIGS. 13 and 14. As shown in FIGS. 13 and 14, one unit of the discharge cell in the fourth aspect includes a ground cooling electrode 51D (a flat plate-shaped first electrode) and a dielectric electrode 52D (a flat plate-shaped first electrode) constituting a pair of flat plate electrodes. It has a combination structure of a flat plate-shaped second electrode). The dielectric electrode 52D is, for example, a ceramic plate, and is an electrode having a dielectric.

そして、接地冷却電極51Dと誘電体電極52Dとが互いに対向する空間が放電空間となり、接地冷却電極51Dと誘電体電極52Dとが平面視して重複する領域の面積が放電面積stとなる。第4の態様では分割数Nφとして“6”を採用している。 The space where the ground cooling electrode 51D and the dielectric electrode 52D face each other becomes the discharge space, and the area where the ground cooling electrode 51D and the dielectric electrode 52D overlap in a plan view is the discharge area st. In the fourth aspect, "6" is adopted as the number of divisions Nφ.

接地冷却電極51Dは、平面視して角部が丸められた台形状を呈し、6個のオゾンガス取出口75a〜75fが設けられる。 The ground cooling electrode 51D has a trapezoidal shape with rounded corners in a plan view, and is provided with six ozone gas outlets 75a to 75f.

誘電体電極52Dは、接地冷却電極51Dと同様に平面視して角部が丸められた台形状を呈し、誘電体電極52D上には平面視して誘電体電極52Dより少し小さい台形状の導電性膜62Dが設けられる。 Like the ground cooling electrode 51D, the dielectric electrode 52D has a trapezoidal shape with rounded corners in a plan view, and the dielectric electrode 52D has a trapezoidal conductivity slightly smaller than the dielectric electrode 52D in a plan view. A sex membrane 62D is provided.

導電性膜62Dが上方に位置する状態で、接地冷却電極51Dと誘電体電極52Dとが平面視して合致するように、接地冷却電極51D上に誘電体電極52Dを配置することにより、第4の態様の第1の基本セルが構成される。 By arranging the dielectric electrode 52D on the ground cooling electrode 51D so that the ground cooling electrode 51D and the dielectric electrode 52D match in a plan view with the conductive film 62D located above, the fourth The first basic cell of the embodiment is configured.

さらに、導電性膜62Dが下方に位置する状態で、接地冷却電極51Dと誘電体電極52Dとが平面視して合致するように、接地冷却電極51D下に誘電体電極52Dを配置することにより、第4の態様の第2の基本セルが構成される。 Further, by arranging the dielectric electrode 52D under the ground cooling electrode 51D so that the ground cooling electrode 51D and the dielectric electrode 52D match in a plan view with the conductive film 62D located below, the dielectric electrode 52D is arranged. The second basic cell of the fourth aspect is configured.

第1及び第2の基本セルがそれぞれ第4の態様における1単位の放電セルとなる。また、第1及び第2の基本セルの組合せが基本放電セル組となる。したがって、接地冷却電極51Dの上面は第1の基本セルの放電面となり、接地冷却電極51Dの下面は第2の基本セルの放電面となる。 The first and second basic cells are each one unit of discharge cell in the fourth aspect. Further, the combination of the first and second basic cells is a basic discharge cell set. Therefore, the upper surface of the ground cooling electrode 51D is the discharge surface of the first basic cell, and the lower surface of the ground cooling electrode 51D is the discharge surface of the second basic cell.

基本放電セル組に対し、図13に示す様に、接地冷却電極51D(誘電体電極52D)の外周部から原料ガスである酸素ガスGINが供給される。 As shown in FIG. 13, oxygen gas G IN, which is a raw material gas, is supplied to the basic discharge cell set from the outer peripheral portion of the ground cooling electrode 51D (dielectric electrode 52D).

第4の態様の放電セルの放電面積stは実施の形態1の放電面積soの6倍相当の約480cmに設定され、第4の態様の基本放電セル組を多段に積層してなる複数の放電セルをオゾン発生器300が有することになる。The discharge area st of the discharge cell of the fourth aspect is set to about 480 cm 2 , which is equivalent to six times the discharge area so of the first embodiment, and a plurality of basic discharge cell sets of the fourth aspect are stacked in multiple stages. The ozone generator 300 will have a discharge cell.

第4の態様の第1及び第2の基本セルそれぞれに対し、導電性膜62Dと接地冷却電極51Dとの間にオゾン用電源100からオゾン発生用交流電圧を印加して、第1及び第2の基本セルそれぞれにおいて、誘電体電極52Dと接地冷却電極51Dとの間の放電空間に誘電体バリア放電を発生させる。その結果、第1及び第2の基本セルそれぞれの放電空間でオゾンガスが生成され、生成されたオゾンガスは、6個のオゾンガス取出口75a〜75fそれぞれに分流して流れ込む。 An AC voltage for generating ozone is applied between the conductive film 62D and the ground cooling electrode 51D from the ozone power source 100 to each of the first and second basic cells of the fourth aspect, and the first and second basic cells are subjected to. In each of the basic cells of the above, a dielectric barrier discharge is generated in the discharge space between the dielectric electrode 52D and the ground cooling electrode 51D. As a result, ozone gas is generated in the discharge spaces of the first and second basic cells, and the generated ozone gas is divided and flows into each of the six ozone gas outlets 75a to 75f.

接地冷却電極51Dの内部において、6個のオゾンガス取出口75a〜75fそれぞれに繋がり、6個のオゾンガス取出口75a〜75fから取り出されたオゾンガスを集約して外部に出力するオゾンガス取出経路77Dと、冷却水流路70Dとが設けられる。 Inside the ground cooling electrode 51D, an ozone gas take-out path 77D that is connected to each of the six ozone gas outlets 75a to 75f, aggregates the ozone gas taken out from the six ozone gas outlets 75a to 75f, and outputs the ozone gas to the outside, and cooling. A water flow path 70D is provided.

オゾンガス取出経路77Dはマニホールドブロック59に設けられるオゾンガス出力経路92に繋がっている。 The ozone gas take-out path 77D is connected to the ozone gas output path 92 provided in the manifold block 59.

したがって、上記した第1及び第2の基本セルそれぞれの放電空間で生成したオゾンガスは、接地冷却電極51Dの上面及び下面それぞれに設けられたオゾンガス取出口75a〜75fに流れ込む。その後、オゾンガス取出経路77Dで1つに合流しオゾンガス出力Goutに集約され、オゾンガスGOUTがマニホールドブロック59Dのオゾンガス出力経路92に出力される。その結果、マニホールドブロック59Dのオゾンガス出力経路92を介してオゾンガスを取り出すことができる。Therefore, the ozone gas generated in the discharge spaces of the first and second basic cells described above flows into the ozone gas outlets 75a to 75f provided on the upper surface and the lower surface of the ground cooling electrode 51D, respectively. After that, the ozone gas take-out path 77D merges into one and is integrated into the ozone gas output G out , and the ozone gas G OUT is output to the ozone gas output path 92 of the manifold block 59D. As a result, ozone gas can be taken out through the ozone gas output path 92 of the manifold block 59D.

したがって、基本放電セル組毎に、上述したオゾンガス取り出し処理が行われ、積層枚数nで多段に積層された基本放電セル組それぞれで生成されたオゾンガスがマニホールドブロック59Dのオゾンガス出力経路92に集められる。 Therefore, the above-mentioned ozone gas extraction process is performed for each basic discharge cell set, and the ozone gas generated in each of the basic discharge cell sets stacked in multiple stages with the number of stacked n is collected in the ozone gas output path 92 of the manifold block 59D.

冷却水流路70Dはマニホールドブロック59の冷却水入力経路93と冷却水出力経路91とに接続され、冷却水入力経路93より冷却水WINを入力し、冷却水流路70Dに冷却水を流した後、冷却水出力経路91より冷却水WOUTを出力する。冷却水流路70Dに冷却水を流すことにより接地冷却電極51Dを冷却することができる。Cooling water passage 70D is connected to a cooling water input path 93 of the manifold block 59 and the cooling water output path 91, and enter the cooling water W IN from the cooling water input path 93, after flowing the cooling water to the cooling water passage 70D , The cooling water W OUT is output from the cooling water output path 91. The ground cooling electrode 51D can be cooled by flowing cooling water through the cooling water flow path 70D.

接地冷却電極51Dにおいて誘電体電極52Dと対向する放電面に、図示しない光触媒膜が塗布されるとともに、放電面に放電ギャップ長dを形成するための6個の放電スペーサ73Dが分散して設けられる。6個の放電スペーサ73Dの形成高さによって放電ギャップ長dが規定される。 A photocatalyst film (not shown) is applied to the discharge surface of the ground cooling electrode 51D facing the dielectric electrode 52D, and six discharge spacers 73D for forming a discharge gap length d are provided on the discharge surface in a dispersed manner. .. The discharge gap length d is defined by the formation height of the six discharge spacers 73D.

6個の放電スペーサ73Dは接地冷却電極51Dの上面及び下面それぞれで接地冷却電極51Dと一体化して設けられ(連結され)、上面に設けられる6個の放電スペーサ73Dが第1の基本セルの放電ギャップ長dを規定し、下面に設けられる6個の放電スペーサ73Dが第2の基本セルの放電ギャップ長dを規定する。 The six discharge spacers 73D are integrally provided (connected) with the ground cooling electrode 51D on the upper surface and the lower surface of the ground cooling electrode 51D, respectively, and the six discharge spacers 73D provided on the upper surface are used to discharge the first basic cell. The gap length d is defined, and the six discharge spacers 73D provided on the lower surface define the discharge gap length d of the second basic cell.

第4の態様における1単位の放電セルは、第1〜第3の態様と同様、上述した条件(a)及び(b)を満足する。 The one-unit discharge cell in the fourth aspect satisfies the above-mentioned conditions (a) and (b) as in the first to third aspects.

さらに、第4の態様の放電セルは、以下の条件(c)を満足する。
(c) 平面視して6個のオゾンガス取出口75a〜75fを中心とした6個の仮想円状放電領域79a〜79fが互いに重複することなく放電空間(接地冷却電極51Dの平面形状)内に形成されるように、6個のオゾンガス取出口75a〜75fは配置され、6個の仮想円状放電領域79a〜79fそれぞれの半径r(放電径D1/2)は{r=(0.8・dso/π)0.5}を満足する。
Further, the discharge cell of the fourth aspect satisfies the following condition (c).
(c) In a plan view, the six virtual circular discharge regions 79a to 79f centered on the six ozone gas outlets 75a to 75f are within the discharge space (planar shape of the ground cooling electrode 51D) without overlapping each other. The six ozone gas outlets 75a to 75f are arranged so as to be formed, and the radius r (discharge diameter D1 / 2) of each of the six virtual circular discharge regions 79a to 79f is {r = (0.8. dso / π) 0.5 } is satisfied.

なお、6個の仮想円状放電領域79a〜79fは、平面視して6個の放電スペーサ73D、オゾンガス取出経路77D及び冷却水流路70Dにも重複しない。 The six virtual circular discharge regions 79a to 79f do not overlap with the six discharge spacers 73D, the ozone gas extraction path 77D, and the cooling water flow path 70D in a plan view.

仮想円状放電領域79a〜79fはそれぞれ、6個の放電スペーサ73D、オゾンガス取出経路77D及び冷却水流路70Dの形成領域等を考慮して、分割面積dsoの8割の面積に設定されている。 Each of the virtual circular discharge regions 79a to 79f is set to an area of 80% of the divided area dso in consideration of the formation regions of the six discharge spacers 73D, the ozone gas extraction path 77D, the cooling water flow path 70D, and the like.

上述した第1〜第4の態様における1単位の放電セルに対する、オゾン用電源100からオゾン発生用交流電圧の供給について説明する。 The supply of the ozone generation AC voltage from the ozone power source 100 to one unit of the discharge cell according to the first to fourth aspects described above will be described.

なお、第1〜第4の態様における導電性膜62A〜62Dを総称する場合、単に「導電性膜62」と称する。冷却水流路70A〜70Dを総称する場合は単に「冷却水流路70」と称する。マニホールドブロック59A〜59Dを総称する場合は単に「マニホールドブロック59」と称する。 When the conductive films 62A to 62D in the first to fourth aspects are generically referred to, they are simply referred to as "conductive film 62". When the cooling water flow paths 70A to 70D are generically referred to, they are simply referred to as "cooling water flow path 70". When the manifold blocks 59A to 59D are generically referred to, they are simply referred to as "manifold blocks 59".

オゾン用電源100の高電圧端子HVは、オゾン発生器300内の導電性膜62に電気的に接続されている。低電圧端子LVは、オゾン発生器300内の接地冷却電極51に電気的に接続されている。 The high-voltage terminal HV of the ozone power source 100 is electrically connected to the conductive film 62 in the ozone generator 300. The low voltage terminal LV is electrically connected to the ground cooling electrode 51 in the ozone generator 300.

したがって、オゾン発生器300は、実施の形態1のオゾン発生器200と同様、オゾン用電源100から1単位の放電セル(第1あるいは第2の基本セル)の接地冷却電極51と導電性膜62との間にオゾン発生用交流電圧が印加される。 Therefore, the ozone generator 300, like the ozone generator 200 of the first embodiment, has a ground cooling electrode 51 and a conductive film 62 of a discharge cell (first or second basic cell) of one unit from the ozone power source 100. An AC voltage for ozone generation is applied between the and.

すなわち、オゾン用電源100は、出力周波数fを20kHz以上、50kHz未満の範囲に設定して、高周波交流電圧を出力するインバータ回路部22(インバータ部)と、上記高周波交流電圧を高電圧に昇圧してオゾン発生用交流電圧を得る並列共振用トランス25(昇圧用トランス)とを含んでいる。 That is, the ozone power supply 100 sets the output frequency f to a range of 20 kHz or more and less than 50 kHz, and boosts the high frequency AC voltage to a high voltage together with the inverter circuit unit 22 (inverter unit) that outputs a high frequency AC voltage. It includes a parallel resonance transformer 25 (step-up transformer) that obtains an AC voltage for generating ozone.

図1に示したオゾン用電源100の並列共振用トランス25から高圧ブッシングを介して導電性膜62の給電部である高電圧端子HVにオゾン発生用交流電圧が印加されることにより、放電電力が投入される。この放電電力は、印加したオゾン発生用交流電圧によって可能な範囲で最大に設定した放電電力DWに規定される。 When the AC voltage for ozone generation is applied from the parallel resonance transformer 25 of the ozone power supply 100 shown in FIG. 1 to the high voltage terminal HV which is the feeding part of the conductive film 62 via the high voltage bushing, the discharge power is generated. It is thrown in. This discharge power is defined by the discharge power DW set to the maximum possible range by the applied AC voltage for ozone generation.

すると、各放電セル(第1の基本セルあるいは第2の基本セル)の放電空間に誘電体電極52を介して誘電体バリア放電が発生する。この際、放電電力DWに基づき各放電セルに投入できる放電電力の放電電力密度J(=DW/S)(W/m)で放電セルに電力が投入される。各放電セルの放電空間でオゾンガスが生成される。Then, a dielectric barrier discharge is generated in the discharge space of each discharge cell (first basic cell or second basic cell) via the dielectric electrode 52. At this time, power is input to the discharge cell at the discharge power density J (= DW / S) (W / m 2 ) of the discharge power that can be input to each discharge cell based on the discharge power DW. Ozone gas is generated in the discharge space of each discharge cell.

前述したように、接地冷却電極51の内部に冷却水流路70が設けられ、低圧冷却板5の内部は冷却するための冷却空間(図示せず)が設けられており、基台10に設けられた冷却水経路、マニホールドブロック59の冷却水出力経路91及び冷却水入力経路93を経由して、接地冷却電極51の冷却水流路70及び低圧冷却板5内に冷却水を流すことで各基本放電セル組を冷却している。 As described above, the cooling water flow path 70 is provided inside the ground cooling electrode 51, and the inside of the low-pressure cooling plate 5 is provided with a cooling space (not shown) for cooling, which is provided on the base 10. Each basic discharge by flowing cooling water into the cooling water flow path 70 and the low-pressure cooling plate 5 of the ground cooling electrode 51 via the cooling water path, the cooling water output path 91 of the manifold block 59, and the cooling water input path 93. The cell set is being cooled.

このように、接地冷却電極51の冷却水流路70、低圧冷却板5、基台10、及びマニホールドブロック59を含んで、基本放電セル組を所定の冷却温度に冷却する冷却機構が構成される。 As described above, a cooling mechanism for cooling the basic discharge cell set to a predetermined cooling temperature is configured including the cooling water flow path 70 of the ground cooling electrode 51, the low pressure cooling plate 5, the base 10, and the manifold block 59.

そして、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、実施の形態1と同様、以下の条件(e)を満足している。
(e) 冷却機構によるオゾン発生器300の冷却温度は5℃以上である。
The ozone gas generation system 2000 of the second embodiment satisfies the following condition (e) as in the first embodiment.
(e) The cooling temperature of the ozone generator 300 by the cooling mechanism is 5 ° C. or higher.

さらに、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000におけるオゾン発生器300は、実施の形態1と同様、以下の条件(f)及び条件(g)をさらに満足している。 Further, the ozone generator 300 in the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment further satisfies the following conditions (f) and (g) as in the first embodiment.

(f) オゾン発生器300内に積層される複数の放電セル(n組の基本放電セル組)全体に供給する総ガス流量Qは3.0L/min以上である。
(g) 上記複数の放電セル全体に付与する総放電電力DWと総ガス流量Qとの比である比電力値DW/Qは、600(W・min/L)以上である。
(f) The total gas flow rate Q supplied to the entire plurality of discharge cells (n sets of basic discharge cell sets) stacked in the ozone generator 300 is 3.0 L / min or more.
(g) The specific power value DW / Q, which is the ratio of the total discharge power DW and the total gas flow rate Q applied to the entire plurality of discharge cells, is 600 (W · min / L) or more.

なお、総放電電力DWはオゾン用電源100から供給されるオゾン発生用交流電圧によって規定される。 The total discharge power DW is defined by the ozone generating AC voltage supplied from the ozone power source 100.

なお、条件(f)は高濃度のオゾンガスを取出せることを目的としており、条件(f)の目的を達成することの付随効果として、条件(g)は出力するオゾンガス量を最大限に高める効果を奏する。 The purpose of condition (f) is to extract high-concentration ozone gas, and as an incidental effect of achieving the purpose of condition (f), condition (g) is an effect of maximizing the amount of ozone gas to be output. Play.

(実施の形態2の効果)
上述したように、実施の形態2のオゾン発生器300は、以下の特徴を有している。
(Effect of Embodiment 2)
As described above, the ozone generator 300 of the second embodiment has the following features.

第1及び第2の基本セルの一方である1単位の放電セルは、一対の平板電極を構成する第1及び第2の電極である接地冷却電極51お酔い誘電体電極52を含み、第2の電極である誘電体電極52に誘電体が形成され、接地冷却電極51,誘電体電極52極間に放電空間が設けられている。 One unit of the discharge cell, which is one of the first and second basic cells, includes the ground cooling electrode 51, which is the first and second electrodes constituting the pair of flat plate electrodes, and the sickness dielectric electrode 52, and the second. A dielectric is formed on the dielectric electrode 52, which is an electrode of the above, and a discharge space is provided between the ground cooling electrode 51 and the dielectric electrode 52 poles.

1単位の放電セルは、接地冷却電極51の上面及び下面に設けられ、上記放電空間で生成されたオゾンガスを取り出すためのNφ(≧2)個のオゾンガス取出口75と、接地冷却電極51の内部に設けられ、Nφ個のオゾンガス取出口75それぞれに繋がり、Nφ個のオゾンガス取出口75から取り出されたオゾンガスを集約して外部に出力すオゾンガス取出経路77とを有している。 One unit of discharge cells is provided on the upper surface and the lower surface of the ground cooling electrode 51, and Nφ (≧ 2) ozone gas outlets 75 for taking out the ozone gas generated in the discharge space, and the inside of the ground cooling electrode 51. It is provided in the above and has an ozone gas take-out route 77 that is connected to each of the Nφ ozone gas outlets 75 and aggregates the ozone gas taken out from the Nφ ozone gas outlets 75 and outputs the ozone gas to the outside.

そして、オゾン発生器300は以下の条件(a)及び条件(b)を満足する。
(a) 複数の放電セルの構成単位である1単位の放電セルは、放電面の放電面積stを分割数Nφで除算した分割面積dsoが、30cm以上、160cm未満の範囲に設定される。
(b) 上記放電空間における放電ギャップ長dが80μm未満に設定される。
Then, the ozone generator 300 satisfies the following conditions (a) and (b).
(a) For one unit of discharge cell, which is a constituent unit of a plurality of discharge cells, the division area dso obtained by dividing the discharge area st of the discharge surface by the number of divisions Nφ is set in the range of 30 cm 2 or more and less than 160 cm 2. ..
(b) The discharge gap length d in the discharge space is set to less than 80 μm.

実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、上述した条件(a)及び条件(b)を満足することにより、Nφ個の仮想放電セルの放電面の放電面積が30cm以上、160cm未満の範囲に設定される状態を実現することができる。Ozone generation system 2000 of the second embodiment, by satisfying the conditions described above (a) and the condition (b), Nφ number of discharge area of the discharge surface of the virtual discharge cell 30 cm 2 or more, a range of less than 160cm 2 The state set to can be realized.

以下この点を詳述する。オゾン発生器300は上記条件(a)を満足することにより、Nφ個のオゾンガス取出口75を中心としたNφ個の仮想円状放電領域79を分散配置した仮想状態を設定することができる。このため、各々が仮想円状放電領域79を有するNφ個の仮想放電セルはそれぞれ、条件(1)を満足する実施の形態1における1単位の放電セルと同等の効果を発揮することができる。 This point will be described in detail below. By satisfying the above condition (a), the ozone generator 300 can set a virtual state in which Nφ virtual circular discharge regions 79 are distributed and arranged around Nφ ozone gas outlets 75. Therefore, each of the Nφ virtual discharge cells each having the virtual circular discharge region 79 can exhibit the same effect as the one unit discharge cell in the first embodiment that satisfies the condition (1).

さらに、オゾン発生器300内に設けられる1単位の放電セルは放電ギャップ長dを80μm未満となる上記条件(b)を満足している。 Further, one unit of the discharge cell provided in the ozone generator 300 satisfies the above condition (b) in which the discharge gap length d is less than 80 μm.

放電空間における放電ギャップ長dを80μm未満の短ギャップ長にすると、原料ガスの供給口からオゾン発生器300を介したオゾンガス出口32に至るまでのガス圧力損失ΔPにおいて、放電ギャップ長dで規定される放電空間でのガス圧力損失ΔPaの占める割合が高くなる。 When the discharge gap length d in the discharge space is set to a short gap length of less than 80 μm, the discharge gap length d is defined in the gas pressure loss ΔP from the raw material gas supply port to the ozone gas outlet 32 via the ozone generator 300. The proportion of gas pressure loss ΔPa in the discharge space increases.

したがって、オゾン発生器300は、条件(b)を満足させて放電ギャップ長を80μm未満に制限することにより、仮想円状放電領域79が形成可能なように各々が分散配置されたNφ個のオゾン取出口75を有する1組の基本放電セル組において、Nφ個のオゾンガス取出口75それぞれを中心としてほぼ均一なガス流量Q/n(L/min)でオゾンガスを流すことができ、高濃度のオゾンガスを出力することができる。 Therefore, in the ozone generator 300, by satisfying the condition (b) and limiting the discharge gap length to less than 80 μm, each of the Nφ ozone is dispersedly arranged so that the virtual circular discharge region 79 can be formed. In one set of basic discharge cell sets having outlets 75, ozone gas can flow at an almost uniform gas flow rate Q / n (L / min) around each of Nφ ozone gas outlets 75, and high-concentration ozone gas. Can be output.

すなわち、オゾン発生器300は、上記条件(b)を満足することにより、配置が異なるNφ個のオゾンガス取出口75から、1つのオゾンガス取出経路77に至る過程におけるガス損失ΔPpのバラツキ度合いが、放電ギャップ長dで規定される放電空間でのガス圧力損失ΔPaによって無視できることになる。 That is, in the ozone generator 300, by satisfying the above condition (b), the degree of variation in the gas loss ΔPp in the process from Nφ ozone gas outlets 75 having different arrangements to one ozone gas extraction path 77 is discharged. The gas pressure loss ΔPa in the discharge space defined by the gap length d makes it negligible.

さらに、1組の基本放電セル組において、分割数Nφで分散配置したオゾンガス取出口75を設け、1組の基本放電セル組の外周から原料ガスを流すことにより、Nφ個のオゾンガス取出口75から取出すオゾンガスの流量のバラツキが抑制でき、より均一なガス流れでオゾンガスを取出せる。 Further, in one set of basic discharge cell sets, ozone gas outlets 75 dispersedly arranged with the number of divisions Nφ are provided, and by flowing the raw material gas from the outer circumference of one set of basic discharge cell sets, Nφ ozone gas outlets 75 are provided. The variation in the flow rate of the ozone gas to be taken out can be suppressed, and the ozone gas can be taken out with a more uniform gas flow.

このように、実施の形態2のオゾン発生器300は上記した条件(a)及び条件(b)を満足することにより、実施の形態1のオゾン発生器200の場合と同様に、高濃度のオゾンガスを取り出せる効果を発揮することができる。 As described above, by satisfying the above-mentioned conditions (a) and (b), the ozone generator 300 of the second embodiment has a high concentration of ozone gas as in the case of the ozone generator 200 of the first embodiment. Can exert the effect of taking out.

したがって、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、上述した条件(a)及び条件(b)を満足させ、かつ、1単位の放電セルの放電面に供給する原料ガス流量qoと放電電力dwとを可能な範囲で最大に設定して、取出しオゾン量ytを最大限に高めることにより、高濃度なオゾンガスを取り出せる条件を作りだせる。 Therefore, the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment satisfies the above-mentioned conditions (a) and (b), and has a raw material gas flow rate qo and a discharge power dw to be supplied to the discharge surface of one unit of the discharge cell. Is set to the maximum within the possible range, and the extraction ozone amount yt is maximized to create conditions for extracting high-concentration ozone gas.

また、実施の形態2の第1〜第4の態様における1単位の放電セルの放電面積stは、条件(1)を満足する実施の形態1の1単位の放電セルの放電面積soの3倍〜6倍の広さを有している。 Further, the discharge area st of the 1-unit discharge cell in the first to fourth aspects of the second embodiment is three times the discharge area so of the one-unit discharge cell of the first embodiment that satisfies the condition (1). It is up to 6 times larger.

このため、基本放電セル組を多段に積層してオゾン発生器300内に放電セル群を設ける場合、実施の形態2のオゾン発生器300は、実施の形態1のオゾン発生器200に比べ、基本放電セル組の積層枚数nを少なくすることができるため、接地冷却電極51や誘電体電極52等の部品点数を最小限に抑えることができる。なお、前述したように、実施の形態1において、基本放電セル組は基本セルS1及びS2の組合せを意味する。 Therefore, when the discharge cell group is provided in the ozone generator 300 by stacking the basic discharge cell sets in multiple stages, the ozone generator 300 of the second embodiment is basic as compared with the ozone generator 200 of the first embodiment. Since the number of stacked discharge cell sets n can be reduced, the number of parts such as the ground cooling electrode 51 and the dielectric electrode 52 can be minimized. As described above, in the first embodiment, the basic discharge cell set means a combination of the basic cells S1 and S2.

すなわち、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、実施の形態1で必要とされた条件(1)ではなく、条件(a)を満足すればよいため、1単位の放電セルの放電面積stを分割面積dsoのNφ倍にすることができる。 That is, since the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment only needs to satisfy the condition (a) instead of the condition (1) required in the first embodiment, the discharge area st of one unit of the discharge cell is set. The divided area dso can be multiplied by Nφ.

その結果、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、基本放電セル組の積層枚数nを少なくして、オゾン発生器300内に設ける、複数の放電セル(n組の基本放電セル組)よりなる放電セル群に要する部品点数を削減することができる。 As a result, the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment is composed of a plurality of discharge cells (n sets of basic discharge cell sets) provided in the ozone generator 300 by reducing the number n of stacked basic discharge cell sets. The number of parts required for the discharge cell group can be reduced.

また、接地冷却電極51の内部にオゾンガス取出経路77を設けている分、外部に設けるオゾンガスを取出経路用の部材を、マニホールドブロック59に設けられるオゾンガス出力経路92に抑えることができる。 Further, since the ozone gas take-out path 77 is provided inside the ground cooling electrode 51, the member for the ozone gas take-out path provided outside can be suppressed to the ozone gas output path 92 provided in the manifold block 59.

このため、オゾン発生器300は、外部に設けるオゾンガス取出経路用の部材の必要数を大幅に削減し、製作コスト削減を図ることができる。 Therefore, the ozone generator 300 can significantly reduce the required number of members for the ozone gas take-out route provided externally, and can reduce the manufacturing cost.

上述したように、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、上記条件(a)及び条件(b)に加え、さらに上記条件(c)を満足することにより、1単位の放電セルの放電面の放電面積が30cm以上、160cm未満の範囲に設定される場合(実施の形態1の場合)との同一性を高めることができる。As described above, in the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment, in addition to the above conditions (a) and (b), the discharge surface of one unit of the discharge cell is further satisfied by satisfying the above condition (c). It is possible to enhance the identity with the case where the discharge area is set in the range of 30 cm 2 or more and less than 160 cm 2 (in the case of the first embodiment).

上記条件(c)を満足するようにNφ個のオゾンガス取出口75を配置すれば、1単位の放電セルにおいて、放電セル径を小さくしたNφ個の仮想放電空間(仮想円状放電領域79)を形成することができるため、実際に放電セル径を小さくした実放電空間と同じ状態でオゾンガスが取り出せる。 If Nφ ozone gas outlets 75 are arranged so as to satisfy the above condition (c), Nφ virtual discharge spaces (virtual circular discharge regions 79) in which the discharge cell diameter is reduced can be created in one unit of discharge cells. Since it can be formed, ozone gas can be taken out in the same state as the actual discharge space in which the discharge cell diameter is actually reduced.

したがって、オゾン発生器300内の基本放電セル組で生成されたオゾンガスがNφ個の仮想円状放電領域79のいずれかを通過する時間であるガス滞在時間Toが短くなる。このため、オゾン発生器300において、Nφ個の仮想円状放電領域79内でオゾンガスが電子や放電ガスと衝突する分解と仮想円状放電領域79内で滞在しているオゾン自身の自己分解とによる総分解量を抑えることができるため、高濃度オゾンガスを取り出すことができる。 Therefore, the gas residence time To, which is the time for the ozone gas generated by the basic discharge cell set in the ozone generator 300 to pass through any of Nφ virtual circular discharge regions 79, is shortened. Therefore, in the ozone generator 300, due to the decomposition of ozone gas colliding with electrons and discharge gas in Nφ virtual circular discharge regions 79 and the autolysis of ozone itself staying in the virtual circular discharge region 79. Since the total amount of decomposition can be suppressed, high-concentration ozone gas can be taken out.

以上の説明したように、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、上述した条件(a)〜条件(c)を満足することにより、高濃度なオゾンガスを取り出せる条件をより高めることができる。 As described above, the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment can further enhance the conditions under which high-concentration ozone gas can be taken out by satisfying the above-mentioned conditions (a) to (c).

実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、さらに上述した放電電力密度Jに関する条件(d)を満足しているため、1単位の放電セルから取り出せるオゾンの生成量を所定量以上確保でき、かつ、効率よく取り出せることができ、取出しオゾン量Ytをより高めることができる。 Since the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment further satisfies the above-mentioned condition (d) regarding the discharge power density J, it is possible to secure a predetermined amount or more of ozone that can be taken out from one unit of the discharge cell, and It can be taken out efficiently, and the amount of ozone taken out Yt can be further increased.

その結果、オゾンガス発生システム2000は、システム構成を必要最小限に抑えて、高濃度なオゾンもしくは、取出しオゾン量Ytを効率的に高め、外部に出力することができる効果を奏する。 As a result, the ozone gas generation system 2000 has the effect of suppressing the system configuration to the minimum necessary, efficiently increasing the amount of high-concentration ozone or the amount of extracted ozone Yt, and outputting it to the outside.

このように、オゾンガス発生システム2000は、条件(a)〜条件(c)に加え、上述した条件(d)をさらに満足することにより、条件(a)〜条件(d)を満足させ、かつ、各放電セルの放電空間に供給する原料ガス流量qoと放電電力dwとを可能な範囲で最大に設定して、取り出しオゾン量ytを最大限に高めることができる。 As described above, the ozone gas generation system 2000 satisfies the conditions (a) to (d) by further satisfying the above-mentioned condition (d) in addition to the conditions (a) to (c). The raw material gas flow rate qo supplied to the discharge space of each discharge cell and the discharge power dw can be set to the maximum possible to maximize the amount of ozone taken out yy.

その結果、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、システム構成を必要最小限に抑えて、高濃度なオゾンガスもしくは高発生量のオゾンガスを外部に出力することができる効果を奏する。 As a result, the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment has an effect that the system configuration can be suppressed to the minimum necessary and a high concentration ozone gas or a high generation amount of ozone gas can be output to the outside.

実施の形態2のオゾンガス発生システム2000のオゾン発生器300は、さらに上述した冷却機構に関する条件(e)を満足することにより、上述した冷却機構によるオゾン発生器300の冷却温度を極端に低くする必要性をなくし、冷却機構の簡略化を図ることができる。なお、上記制約条件の上限は常温(20℃)に対し30℃程度を想定している。また、より冷却効果を重視する場合は、水が凍る温度である0℃以上に冷却温度を設定することが望ましい。 The ozone generator 300 of the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment needs to extremely lower the cooling temperature of the ozone generator 300 by the above-mentioned cooling mechanism by further satisfying the above-mentioned condition (e) regarding the cooling mechanism. It is possible to eliminate the property and simplify the cooling mechanism. The upper limit of the above constraint condition is assumed to be about 30 ° C. with respect to room temperature (20 ° C.). Further, when the cooling effect is more important, it is desirable to set the cooling temperature to 0 ° C. or higher, which is the temperature at which water freezes.

オゾンガス発生システム2000のオゾン用電源100及びオゾン発生器300は、さらに上述した条件(f)(総ガス流量Qに関する条件)及び条件(g)(比電力値DW/Qに関する条件)を満足することにより、以下の効果を奏する。 The ozone power source 100 and the ozone generator 300 of the ozone gas generation system 2000 further satisfy the above-mentioned condition (f) (condition regarding total gas flow rate Q) and condition (g) (condition regarding specific power value DW / Q). The following effects are achieved.

オゾンガス発生システム2000は、上述した条件(f)を満足することにより、例えば400g/m以上の高濃度オゾンを取り出すことができる複数の放電セルに供給する原料ガスに関し、十分大きな総ガス流量Qを確保し、最終的に高濃度なオゾンガスが得られ、取出しオゾン量Ytを高めることができる。The ozone gas generation system 2000 has a sufficiently large total gas flow rate Q with respect to the raw material gas supplied to a plurality of discharge cells capable of extracting high-concentration ozone of, for example, 400 g / m 3 or more by satisfying the above-mentioned condition (f). Finally, a high-concentration ozone gas can be obtained, and the amount of extracted ozone Yt can be increased.

オゾンガス発生システム2000は、上述した条件(g)を満足することにより、条件(f)の効果に加え、条件(a)〜条件(g)を満足する環境下で、オゾン発生器300に供給する総ガス流量Q及び総放電電力DWを可能な範囲で最大限投入にして、取出しオゾン量Ytを最大限に高めることができる。 By satisfying the above-mentioned condition (g), the ozone gas generation system 2000 supplies the ozone gas generator 300 in an environment satisfying the conditions (a) to (g) in addition to the effect of the condition (f). The total gas flow rate Q and the total discharge power DW can be maximized within the possible range to maximize the amount of extracted ozone Yt.

その結果、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、システム構成を必要最小限に抑えて、比較的大容量、かつ高濃度なオゾンガスを外部に出力することができる効果を奏する。 As a result, the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment has an effect that the system configuration can be suppressed to the minimum necessary and a relatively large capacity and high concentration ozone gas can be output to the outside.

実施の形態2のオゾンガス発生システム2000では、1単位の放電セルを構成する第1及び第2の電極である接地冷却電極51及び誘電体電極52それぞれの平面視した放電面形状を円形でなく、台形を含む矩形状で構成している。 In the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment, the discharge surface shapes of the ground cooling electrode 51 and the dielectric electrode 52, which are the first and second electrodes constituting one unit of the discharge cell, are not circular. It is composed of a rectangular shape including a trapezium.

このため、オゾンガス発生システム2000は、オゾン発生器300の設置形状の変更を容易にし、オゾン発生器300とオゾン用電源100等の周辺機器と組み合わせたオゾンガス発生システム2000をよりコンパクトな構成にすることができる。 Therefore, the ozone gas generation system 2000 facilitates the change of the installation shape of the ozone generator 300, and makes the ozone gas generation system 2000 in combination with the ozone generator 300 and peripheral devices such as the ozone power supply 100 more compact. Can be done.

さらに、誘電体電極52の平面形状を矩形状にしたため、誘電体電極52における誘電体加工が容易になる利点や、導電性の導電性膜62の誘電体電極52への張り合わせが比較的簡単に行え、誘電体電極52の量産製作がより容易になり、放電セルの製作コスト削減効果を発揮することができる。 Further, since the planar shape of the dielectric electrode 52 is made rectangular, there is an advantage that the dielectric electrode 52 can be easily processed with a dielectric, and the conductive film 62 can be attached to the dielectric electrode 52 relatively easily. This makes it easier to mass-produce the dielectric electrode 52, and the effect of reducing the production cost of the discharge cell can be exhibited.

加えて、接地冷却電極51と所定数の放電スペーサ73(73A〜73D)とを一体的に連結することにより、1単位の放電セルにおける部品点数を削減することができる。 In addition, by integrally connecting the ground cooling electrode 51 and a predetermined number of discharge spacers 73 (73A to 73D), the number of parts in one unit of the discharge cell can be reduced.

なお、所定数の放電スペーサ73は、接地冷却電極51でなく誘電体電極52と一体的に連結してもよく、接地冷却電極51、誘電体電極52及び導電性膜62を一体的に連結しても良い。 The predetermined number of discharge spacers 73 may be integrally connected to the dielectric electrode 52 instead of the ground cooling electrode 51, and the ground cooling electrode 51, the dielectric electrode 52, and the conductive film 62 are integrally connected. You may.

加えて、オゾンガス発生システム2000のオゾン用電源100は、実施の形態1と同様、出力周波数f(動作周波数f)を20kHz〜50kHz(20kHz以上、50kHz未満)範囲内にして、オゾン発生用交流電圧をオゾン発生器300に出力している。より実用的なオゾン用電源100の出力周波数f(動作周波数f)は、20kHz〜30kHz(20kHz以上、30kHz未満)範囲が望ましい。 In addition, the ozone power source 100 of the ozone gas generation system 2000 sets the output frequency f (operating frequency f) in the range of 20 kHz to 50 kHz (20 kHz or more and less than 50 kHz) as in the first embodiment, and sets the ozone generation AC voltage. Is output to the ozone generator 300. The output frequency f (operating frequency f) of the more practical ozone power supply 100 is preferably in the range of 20 kHz to 30 kHz (20 kHz or more and less than 30 kHz).

このため、実施の形態2のオゾンガス発生システム2000は、実施の形態1のオゾンガス発生システム1000と同様、オゾン発生器300内の複数の放電セル(n組の基本放電セル組)に印加するオゾン発生用交流電圧のピーク電圧値を7kVp以下にして、オゾン発生器300が所望する放電電力DWを実現することができる。 Therefore, the ozone gas generation system 2000 of the second embodiment, like the ozone gas generation system 1000 of the first embodiment, generates ozone applied to a plurality of discharge cells (n sets of basic discharge cell sets) in the ozone generator 300. The peak voltage value of the AC voltage for use can be set to 7 kVp or less to realize the discharge power DW desired by the ozone generator 300.

さらに、オゾン用電源100の並列共振用トランス25は、内部励磁インダクタンス値Ltを有し、オゾン発生器300内の複数の放電セルは全体の静電容量値C0を有している。 Further, the parallel resonance transformer 25 of the ozone power supply 100 has an internal excitation inductance value Lt, and the plurality of discharge cells in the ozone generator 300 have an overall capacitance value C0.

そして、オゾン用電源100は、実施の形態1と同様、上述した式(5)を満足する並列共振周波数fcの近傍に出力周波数fを設定している。 Then, the ozone power supply 100 sets the output frequency f in the vicinity of the parallel resonance frequency fc that satisfies the above-mentioned equation (5), as in the first embodiment.

オゾンガス発生システム2000は、並列共振周波数fcの近傍に出力周波数fを設定することにより、オゾン発生器300への総放電電力DWの投入時に並列共振を行うことで、インバータ部(インバータ回路部22)の出力力率を高めることができる。 The ozone gas generation system 2000 sets the output frequency f in the vicinity of the parallel resonance frequency fc to perform parallel resonance when the total discharge power DW is applied to the ozone generator 300, thereby causing the inverter unit (inverter circuit unit 22). The output power factor of the inverter can be increased.

すなわち、並列共振用トランス25とオゾン発生器300との間で総放電電力DWの投入時に並列共振を行うことにより、インバータ回路部22での出力力率を高めることができる。 That is, the output power factor in the inverter circuit unit 22 can be increased by performing parallel resonance between the parallel resonance transformer 25 and the ozone generator 300 when the total discharge power DW is applied.

その結果、オゾン用電源100は、所望の総放電電力DWを満足するオゾン発生用交流電圧を負荷側であるオゾン発生器300に供給できる。 As a result, the ozone power source 100 can supply the ozone generation AC voltage satisfying the desired total discharge power DW to the ozone generator 300 on the load side.

<その他>
実施の形態1では、放電セルにおける放電面の形状を平面視して円状に構成したオゾン発生器200を示したが、放電セル形状を正方形もしく長方形形状の平板セルで構成してもよい。この場合も、条件(2)を満足する投入できる放電電力密度Jの範囲に設定して、多段の放電セルを積層すれば良い。
<Others>
In the first embodiment, the ozone generator 200 having a circular shape in view of the shape of the discharge surface in the discharge cell is shown, but the discharge cell shape may be a square or rectangular flat plate cell. .. In this case as well, the multi-stage discharge cells may be stacked by setting the discharge power density J so that the condition (2) can be satisfied.

また、放電セルとして、同軸円筒電極管を短管にして、条件(3)を満足する放電電力密度Jの範囲に設定して、1つの極管を多数並べて構成しても良い。 Further, as the discharge cell, the coaxial cylindrical electrode tube may be a short tube, the discharge power density J may be set within the range satisfying the condition (3), and a large number of one electrode tube may be arranged side by side.

実施の形態1及び実施の形態2では、オゾン用電源100の高周波・高電圧トランスである並列共振用トランス25の内部励磁インダクタンス値Ltを有する構成を示した。この構成以外に、並列共振用トランス25の出力部に、並列共振する共振用リアクトルを追加してオゾン用電源を構成することも可能である。 In the first and second embodiments, the configuration having the internal excitation inductance value Lt of the parallel resonance transformer 25, which is a high-frequency / high-voltage transformer of the ozone power supply 100, is shown. In addition to this configuration, it is also possible to add a resonance reactor that resonates in parallel to the output section of the transformer 25 for parallel resonance to configure a power supply for ozone.

また、オゾン発生器200及びオゾン発生器300として、原料ガスとし酸素ガスを供給し、放電セルの放電面に光触媒を塗布した構成を示した。これに限定されず、オゾン発生器200及び300に代えて、窒素を含んだ酸素ガスを原料ガスとして供給するオゾン発生器を用いても良い。 Further, as the ozone generator 200 and the ozone generator 300, oxygen gas is supplied as a raw material gas, and a photocatalyst is applied to the discharge surface of the discharge cell. The present invention is not limited to this, and instead of the ozone generators 200 and 300, an ozone generator that supplies oxygen gas containing nitrogen as a raw material gas may be used.

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。 Although the present invention has been described in detail, the above description is exemplary in all aspects and the invention is not limited thereto. It is understood that innumerable variations not illustrated can be assumed without departing from the scope of the present invention.

1,51,51A〜51D 接地冷却電極
2a,2b,52,52A〜52D 誘電体電極
3a,3b 高圧電極
4a,4b 絶縁板
5 低圧冷却板
6 積層セル押えばね
7 積層セル押え板
8 積層セル押え棒
9,59,59A〜59D マニホールドブロック
10 基台
11 オゾン発生器カバー
21 AC−DCコンバータ回路部
22 インバータ回路部
23 限流リアクトル
24 電源制御回路
25 並列共振用トランス
62.62A〜62D 導電性膜
70,70A〜70D 冷却水流路
73,73A〜73D 放電スペーサ
75,75a〜75f オゾンガス取出口
77,77A〜77D オゾンガス出力経路
79,79a〜70f 仮想円状放電領域
100 オゾン用電源
200,300 オゾン発生器
1000,2000 オゾンガス発生システム
1,51,51A to 51D Ground cooling electrode 2a, 2b, 52, 52A to 52D Dielectric electrode 3a, 3b High pressure electrode 4a, 4b Insulation plate 5 Low pressure cooling plate 6 Laminated cell presser spring 7 Laminated cell presser plate 8 Laminated cell presser Rods 9, 59, 59A to 59D Manifold block 10 base 11 Ozone generator cover 21 AC-DC converter circuit part 22 Inverter circuit part 23 Current limiting reactor 24 Power supply control circuit 25 Parallel resonance transformer 62.62A to 62D Conductive film 70,70A to 70D Cooling water flow path 73,73A to 73D Discharge spacer 75,75a to 75f Ozone gas outlet 77,77A to 77D Ozone gas output path 79,79a to 70f Virtual circular discharge area 100 Ozone power supply 200,300 Ozone generation Instrument 1000,2000 Ozone gas generation system

Claims (7)

多段に積層された複数の放電セルを有するオゾン発生器(300)と、
前記オゾン発生器にオゾン発生用交流電圧を付与するオゾン用電源(100)とを備え、
前記オゾン発生器に酸素を含んだ原料ガスが供給され、
前記オゾン発生器は、前記複数の放電セルの放電空間に誘電体バリア放電を発生させ、前記放電空間に供給した原料ガスからオゾンガスを生成し、該オゾンガスを外部に出力し、
前記複数の放電セルはそれぞれ、平板状の第1及び第2の電極(51A〜51D,52A〜52D)を含み、前記第2の電極に誘電体が形成され、前記第1及び第2の電極間に前記放電空間が設けられ、
前記複数の放電セルは、それぞれ
前記第1の電極の放電面に設けられ、前記放電空間で生成された前記オゾンガスを取り出すためのNφ(≧2)個のオゾンガス取出口(75a〜75f)と、
前記第1の電極の内部に設けられ、前記Nφ個のオゾンガス取出口それぞれに繋がり、前記Nφ個のオゾンガス取出口から取り出された前記オゾンガスを集約して外部に出力するオゾンガス取出経路(77A〜77D)とを有し、
前記オゾン発生器は以下の条件(a)及び条件(b)を満足することを特徴とする、
(a) 前記複数の放電セルは、それぞれ放電面の放電面積stを分割数Nφで除算した分割面積dsoが、30cm以上、160cm未満の範囲に設定される、
(b) 前記放電空間における放電ギャップ長が80μm未満に設定される、
オゾンガス発生システム。
An ozone generator (300) having a plurality of discharge cells stacked in multiple stages,
The ozone generator is provided with an ozone power source (100) that applies an AC voltage for ozone generation.
A raw material gas containing oxygen is supplied to the ozone generator, and the ozone generator is supplied with oxygen-containing raw material gas.
The ozone generator generates a dielectric barrier discharge in the discharge spaces of the plurality of discharge cells, generates ozone gas from the raw material gas supplied to the discharge spaces, and outputs the ozone gas to the outside.
Each of the plurality of discharge cells includes flat first and second electrodes (51A to 51D, 52A to 52D), and a dielectric is formed on the second electrode, and the first and second electrodes are formed. The discharge space is provided between them,
The plurality of discharge cells are provided on the discharge surface of the first electrode, respectively, and have Nφ (≧ 2) ozone gas outlets (75a to 75f) for taking out the ozone gas generated in the discharge space.
Ozone gas extraction paths (77A to 77D) provided inside the first electrode, connected to each of the Nφ ozone gas outlets, aggregate the ozone gas taken out from the Nφ ozone gas outlets, and output the ozone gas to the outside. ) And
The ozone generator is characterized by satisfying the following conditions (a) and (b).
(a) In each of the plurality of discharge cells, the division area dso obtained by dividing the discharge area st of the discharge surface by the division number Nφ is set in the range of 30 cm 2 or more and less than 160 cm 2.
(b) The discharge gap length in the discharge space is set to less than 80 μm.
Ozone gas generation system.
請求項1記載のオゾンガス発生システムであって、
前記オゾン発生器は以下の条件(c)をさらに満足することを特徴とする、
(c) 平面視して前記Nφ個のオゾンガス取出口を中心としたNφ個の仮想円状放電領域(79a〜79f)が互いに重複することなく前記放電空間内に形成されるように、前記Nφ個のオゾンガス取出口は配置され、前記Nφ個の仮想円状放電領域の半径rは{r=(0.8・dso/π)0.5}を満足する、
オゾンガス発生システム。
The ozone gas generation system according to claim 1.
The ozone generator is characterized by further satisfying the following condition (c).
(c) The Nφ so that the Nφ virtual circular discharge regions (79a to 79f) centered on the Nφ ozone gas outlets are formed in the discharge space without overlapping each other in a plan view. The ozone gas outlets are arranged, and the radius r of the Nφ virtual circular discharge regions satisfies {r = (0.8 · dso / π) 0.5 }.
Ozone gas generation system.
請求項2記載のオゾンガス発生システムであって、
前記オゾン発生器は以下の条件(d)をさらに満足することを特徴とする、
(d) 前記複数の放電セルそれぞれの前記放電空間における放電電力密度Jは、2.5W/cm以上、6W/cm未満の範囲に設定される、
オゾンガス発生システム。
The ozone gas generation system according to claim 2.
The ozone generator is characterized by further satisfying the following condition (d).
(d) The discharge power density J in the discharge space of each of the plurality of discharge cells is set in the range of 2.5 W / cm 2 or more and less than 6 W / cm 2.
Ozone gas generation system.
請求項3記載のオゾンガス発生システムであって、
前記オゾン発生器は、前記複数の放電セルを所定の冷却温度に冷却する冷却機構をさらに含み、
前記オゾン発生器は以下の条件(e)をさらに満足することを特徴とする、
(e) 前記所定の冷却温度は5℃以上に設定される、
オゾンガス発生システム。
The ozone gas generation system according to claim 3.
The ozone generator further includes a cooling mechanism for cooling the plurality of discharge cells to a predetermined cooling temperature.
The ozone generator is characterized by further satisfying the following condition (e).
(e) The predetermined cooling temperature is set to 5 ° C. or higher.
Ozone gas generation system.
請求項4記載のオゾンガス発生システムであって、
前記オゾン用電源及び前記オゾン発生器は以下の条件(f)及び条件(g)をさらに満足することを特徴とする、
(f) 前記複数の放電セル全体に供給する総ガス流量Qは3.0L/min以上である、
(g) 前記複数の放電セル全体に付与する総放電電力DWと前記総ガス流量Qとの比である比電力値DW/Qは、600(W・min/L)以上であり、前記総放電電力DWは前記オゾン発生用交流電圧によって規定される、
オゾンガス発生システム。
The ozone gas generation system according to claim 4.
The ozone power source and the ozone generator further satisfy the following conditions (f) and (g).
(f) The total gas flow rate Q supplied to the entire plurality of discharge cells is 3.0 L / min or more.
(g) The specific power value DW / Q, which is the ratio of the total discharge power DW applied to the entire plurality of discharge cells to the total gas flow rate Q, is 600 (W · min / L) or more, and the total discharge The electric power DW is defined by the ozone generating AC voltage.
Ozone gas generation system.
請求項1から請求項5のうち、いずれか1項に記載のオゾンガス発生システムであって、
前記複数の放電セルそれぞれにおいて、
前記第1及び第2の電極は平面視して台形を含む矩形状を有し、
前記第1及び第2の電極間に前記放電ギャップ長を規定する所定数の放電スペーサ(73A〜73D)が設けられ、
前記第1及び第2の電極のうちの少なくも一方と前記所定数の放電スペーサとは一体的に連結される、
オゾンガス発生システム。
The ozone gas generation system according to any one of claims 1 to 5.
In each of the plurality of discharge cells
The first and second electrodes have a rectangular shape including a trapezium in a plan view, and have a rectangular shape.
A predetermined number of discharge spacers (73A to 73D) that define the discharge gap length are provided between the first and second electrodes.
At least one of the first and second electrodes and the predetermined number of discharge spacers are integrally connected.
Ozone gas generation system.
請求項1から請求項6のうち、いずれか1項に記載のオゾンガス発生システムであって、
前記オゾン用電源は、
出力周波数fを20kHz以上、50kHz未満の範囲に設定して、高周波交流電圧を出力するインバータ部(22)と、
前記高周波交流電圧を高電圧に昇圧して前記オゾン発生用交流電圧を得る昇圧用トランス(25)とを含む、
オゾンガス発生システム。
The ozone gas generation system according to any one of claims 1 to 6.
The power source for ozone is
An inverter unit (22) that outputs a high-frequency AC voltage by setting the output frequency f to a range of 20 kHz or more and less than 50 kHz.
A step-up transformer (25) that boosts the high-frequency AC voltage to a high voltage to obtain the ozone-generating AC voltage.
Ozone gas generation system.
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