JPH0196001A - オゾン発生器用冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 利用産業分野 この発明は、無声放電式のプレート型、チューブ型等の
オゾン発生器の電極冷却に用いる蒸発冷却式の冷却装置
に係り、電極に伝熱可能となした蒸発器にサーモ・サイ
フオンの原理により液化冷媒のみを自然循環にて供給し
、液化冷媒の蒸発伝熱により電極を冷却して優れた熱交
換性能を実現することにより、オゾン発生器の性能を向
上させ、またオゾン発生濃度を著しく高水準に向上させ
ることができる高濃度オゾン発生器用冷却装置に関する
。

背景技術 空気または酸素を原料として、オゾンを発生させる方法
として、光学的方法、電解法及び放電法が知られており
、工業的に大量のオゾンを得るには、無声放電法が一般
的である。

また、オゾン発生器の利用分野として、従来からのし尿
処理設備や下水処理設備に用いたりする用途の外、最近
、オゾンの酸化力を利用した半導体製造装置を始め、化
学、医薬品工場での酸化剤及び殺菌剤として用いるなど
、酸化処理プロセスへの適用が注目されている。

このため、オゾン発生器としては、高能率で高濃度オゾ
ンの発生が可能な装置が切望されるに至っている。

かかる観点より、オゾン発生器をみると、無声放電式の
オゾン発生器は、対向配置される電極間に誘電体を挿入
配置し、高電圧を電極間に印加し、放電空隙に空気また
は酸素を通すことにより、オゾンを得るものであり（第
２図及び第３図参照）、電極の加熱防止が、オゾン発生
効率に大きく関与していることが知られている。

従来のオゾン発生器における電極の冷却方法を検討する
と、空冷式と水冷式があり、空冷式は放熱効率に限度が
あり高濃度オゾンが得られなかった。

例えば、第２図に示す空冷式のプレート型オゾン発生器
の場合、電極平面にセラミック誘電体（１２）を積層し
た一対の高圧電極（１０）及び低圧電極（１１）を、絶
縁材セパレータ（１３）を介して対向配置し、形成され
た放電空隙（１４）内を、図示の如く対角線方向に一方
孔より空気または酸素を導入して、他方孔よりオゾンを
得る構成からなる。

かかるプレート型の場合、電極（ＩＯＸＩＩ）の外面に
ヒートシンク（１５）を設けて画電極を空冷にて放熱し
ていたが、ヒートシンクの構成を工夫しても放熱効率に
限度があり、高濃度オゾンが得られなかった。

また水冷式の場合、冷却効率を向上させることが可能で
あるが、水温を低く維持するために別に水冷却回路を必
要とするなど、冷却装置の構造が複雑となり、さらに冷
却系統の水あかや腐食対策並びに絶縁性の確保が不可欠
な問題として残されていた。

例えば、第３図に示す管壁オゾン発生器の場合は、筒状
チューブの高圧電極（１）を被包する如く、ガラスチュ
ーブ誘電体（２）を配置し、所要の放電空隙（３）を介
してステンレス製の筒状水冷接地電極（４）を配置した
構成からなり、放電空隙（３）に空気または酸素を通し
てオゾンを得るもので、前記接地電極は多数本がタンク
状容器内に所要配置され、容器内に充満させた水などの
冷媒中に浸され外部から冷却される。しかし、高圧電極
（１）を冷却することは構造上不可能であり、オゾン発
生効率を向上させることが困難であった。

さらに、フロン等の冷媒を用いた場合、蒸発器に通常の
冷凍サイクルの如き、気液二相流の状態でフロン等の冷
媒を供給すると、蒸発器内の流速が非常に小さくなり、
かつ気液分離してしまうことから、各蒸発器に均等に冷
媒が供給されず、蒸発器における熱交換効率が大幅に劣
化し、各電極面の均一な冷却が行われないためオゾン発
生効率が低下する問題がある。

発明の目的 この発明は、かかる現状に鑑み、無声放電式のオゾン発
生器の電極冷却に最適な液化冷媒の蒸発伝熱による冷却
装置を目的とし、超高濃度オゾン発生器用冷却装置に最
適であり、かつ製造容易な小型で単位面積当りの冷却効
率が極めて高い冷却装置を目的としている。

発明の構成 この発明は、空隙を介して対向配置する一対の電極の各
対向面に誘電体を配設した構成からなるオゾン発生器部
と、前記一対の電極に液化冷媒の蒸発伝熱を利用する蒸
発器部とを有する構成からなり、 前記のオゾン発生器より上流に気液分離用ドラムを配置
し、かつ該ドラム内の液面を蒸発器部より上方に保持し
、 絶縁性液化冷媒が前記ドラムと蒸発器部間を自然循環可
能に配管接続し、 さらに気液分離用ドラム内の冷媒ガスを導出して液化し
、該ドラム内に再導入するための圧縮機と凝縮器を配置
接続したことを特徴とするオゾン発生器用冷却装置であ
る。

詳述すると、この発明による冷却装置は、ドラム内の絶
縁性液化冷媒の液面を蒸発器部内の絶縁性液化冷媒の液
面より上方に保持できるようオゾン発生器より上流に気
液分離用ドラムを配置することにより、蒸発器部にはサ
ーモ・サイフオンの原理により自然循環し、液化冷媒の
みを供給することができる。

また、冷媒がドラムと各蒸発器部間を、サーモ・サイフ
オンの原理で自然循環できるように関係位置を定めるこ
とにより、各蒸発器部への冷媒液供給量は均一となり、
また、各蒸発部器からドラムには気液二相流の状態で還
流することとなるので、オゾン発生器部との伝熱面表面
では液化冷媒が熱伝達の良好な強制対流を伴った安定し
た核沸騰状態となり、熱交換効率が飛躍的に向上する利
点がある。

この発明は、気液分離用ドラムと蒸発器部との関係を上
述の如く構成できれば、プレート型、チューブ型等の公
知のいずれの形式のオゾン発生器の電極冷却にも用いる
ことができる。

この発明の特徴である気液分離用ドラムは、蒸発器部の
上流側に配置され、サーモ・サイフオンの原理にて自然
循環できれば、公知のいずれの構成であってもよい。

また、この発明において凝縮器は、前記の蒸発器部にて
気化して気液分離用ドラムに入ったフロン等の絶縁性冷
媒ガスを、圧縮機にて圧縮後、例えば空気や水など種々
の冷媒にて冷却、凝縮できれば、公知のいずれの構成か
らなる熱交換器であっても利用できる。

発明の効果 ａ、蒸発器部にはサーモ・サイフオンの原理により液化
冷媒のみを供給することができ、各蒸発器部への冷媒液
供給量は均一となり、またオゾン発生器部との伝熱面表
面では液化冷媒が熱伝達の良好な強制対流を伴った核沸
騰状態となり、熱交換効率が飛躍的に向上する。

ｂ、水、空気等のユーティリティ供給温度条件等に余り
制約されることなく任意の冷却条件に設定できる。

Ｃ９凝縮器を冷却する冷媒として汚濁水、油等を使用し
万一外部漏洩が発生してその冷媒による環境汚染が問題
となるクリーン・ルーム等に使用しても本発明装置では
オゾン発生器付近ではフロン等の冷媒しか存在せず漏洩
による汚染は問題ではない。

ｄ、オゾン発生器内に蒸発器部を内蔵しているので、従
来の蒸発器をオゾン発生器の外部に設置し冷媒を冷凍機
により冷却する間接冷却方式と比較するとシステム全体
が簡素で安価となる。

ｅ、各オゾン発生器部を均一にかつ低温に保持出来るの
で高濃度のオゾンを比較的多量に発生させる場合にも充
分な冷却能力を有する。

ｆ、冷媒には、フロン等の絶縁性液化冷媒が利用でき、
冷媒（フロン）が、本来絶縁性を有するので、従来、管
壁オゾン発生器では冷却できなかった高圧電極をも絶縁
して冷却でき、オゾン放電電極の大地間絶縁の確保に好
都合である。

発明の好ましい実施態様 第１図はこの発明によるオゾン発生器用冷却装置の回路
説明図である。

ここでは、プレート型オゾン発生器に適用し、蒸発器部
にプレートフィン型熱交換器を用い、冷媒にフロンを用
いた一実施例を説明する。この発明によるオゾン発生器
用冷却装置は、以下の実施例に限らず公知のいずれの構
成のオゾン発生器にも適用できることは上述したとおり
である。

この発明によるオゾン発生器用冷却装置は、第２図に示
すプレート型オゾン発生器と同様の構成を有し、すなわ
ち、電極平面にセラミック誘電体を積層した一対の高圧
電極（２１）及び低圧電極（２２）を、絶縁材セパレー
タを介して対向配置し、形成された放電空隙内の所要方
向より空気または酸素を導入して、他方よりオゾンを発
生させる構成からなるオゾン発生器部（２０）に用いる
もので、複数の蒸発器部（３０）間にこのオゾン発生器
部（２０）を配置して、前記高圧電極（２１）及び低圧
電極（２２）の外向面に着設する如く積層した構成から
なる。

蒸発器部（３０）は、前記電極（２１Ｘ２２）と相似形
の正方形平面を有する偏平ボックス状からなり、一対の
正方形のアルミニウムプレートの間に、断面長方形のア
ルミニウム製サイドバーを挾み、ろう着は一体化した構
成からなる。

詳述すると、図示しないが、前記オゾン発生器部（２０
）の放電空隙に空気または酸素を導入するための導入管
とオゾンの導出管が電極（２１）または電極（２２）に
貫通配置されるため、サイドバーには前記の導入出管が
遊挿できるよう、切欠部が設けである。

また、前記の切欠部を除く蒸発器部（３０）の内部通路
内には、アルミニウム製フィンが装入され、アルミニウ
ム製のプレート、サイドバー、フィンが一体にろう付け
されることにより、所謂プレートフィン型熱交換器構成
からなり、例えば、下部に冷媒入口が設けられ、これと
は対角線位置の上側に冷媒出口を設けることにより、導
入される冷却媒体が図で通路を下から上へと通過して、
前記プレート及びフィンと熱交換して外部へ出る構成で
ある。

第１図の構成は、前記のオゾン発生器（４０）より上流
に、気液分離用ドラム（５０）を配置し、ドラム（５０
）内の絶縁性液化冷媒の液面が蒸発器部（３０）内の絶
縁性液化冷媒の液面より上方に立置するよう、気液分離
用ドラム（５０）の蒸発器部（３０）に対する位置関係
を調整し、各蒸発器部（３０）内の絶縁性液化冷媒が前
記ドラム（５０）内を通過して自然循環可能に配管接続
しである。

気液分離用ドラム（５０）は、ここでは筒状の密閉容器
であり、上部に各蒸発器部（３０）からの気化した冷媒
ガスの導入口が設けられ、下部には液化した冷媒が各蒸
発器部（３０）へ流れるよう導出口が設けられ、さらに
、上部内に溜まった冷媒ガスを圧縮機（６０）へ導出す
るための配管が接続されている。

また、圧縮機（６０）にて圧縮された冷媒は、凝縮器（
７０）にて空気や冷却水と熱交換し、冷却されて液化し
た後、気液分離用ドラム（５０）へ導入される。

作用・効果 かかる構成からなるこの発明の冷却装置は、いずれの構
成においても、冷却系内にフロン等を所要量封入するこ
とにより、オゾン発生器部（２０）の放電セルからの熱
は、蒸発器部（３０）着股面のプレートから人熱し、冷
媒通路内の液化フロンと高効率で熱交換され、すなわち
、フロンの蒸発伝熱を用いてオゾン発生器部（２０）を
冷却する。

一部気化したフロンは気液二相流の状態で上昇して蒸発
器部（３０）より出て、気液分離用ドラム（５０）に入
り、ガス状のフロンは圧縮器（６０）、凝縮器（７０）
を経て再び気液分離用ドラム（５０）に入る。

気液分離用ドラム（５０）では、気液分離された冷媒液
のみをサーモ・サイフオンの原理にて各蒸発器部（３０
）に供給でき、各蒸発器部（３０）内がほぼ冷媒液にて
満されるため、オゾン発生器部（２０）との伝熱面表面
では冷媒液が熱伝達の良好な強制対流を伴った安定した
核沸騰状態となり、熱交換効率が、　　大きく向上する
。

第１図において、気液分離用ドラム（５０）内の冷媒ガ
スは、圧縮・冷却されて液化する構成であり、凝縮器（
７０）の冷却源に空気を用いることができ、水の場合の
ように、水あかの付着、腐食、水冷却源の確保等の問題
、かない。冷媒としてフロンＲ１２を使用すれば、１０
℃で圧力的４．３ｋｇ／ｃｍ２、潜熱的３５ｋｃａｌ／
ｋｇが得られる。

前述の構成からなるこの発明の冷却装置は以下の効果を
有する。

■蒸発器部と気液分離用ドラム（５０）とを組合せて、
冷媒の自然循環冷却系を構成し、フロン等の冷媒の蒸発
伝熱を用い、かつ伝熱面表面では冷媒液が熱伝達の良好
な核沸騰状態となるため、極めて高性能な冷却が可能と
なり、各オゾン発生器部の冷却温度を一定に保持できる
ため、オゾン発生量を一定に保つことができ、安定した
供給が可能となる。

■冷却装置である蒸発器は、実施例ではアルミニウム製
のプレート、サイドバー、フィンの僅かな部品で構成さ
れ、任意の冷媒通路構成が可能で、また、量産が可能で
、安価に提供できる。

■この蒸発器部（３０）を単位冷却装置とし、オゾン放
電セルと所要数積層配置することにより、小容量から大
容量のオゾン発生器に適用でき、かつきわめて小型、高
性能な冷却装置を構成できる。

■オゾン発生器の高圧電極、低圧電極を共に同一構成の
冷却装置で冷却でき、オゾン発生器との熱導入部が平板
平面となっているため、熱伝導性、並びに取扱、交換置
換性にすぐれている。

実施例 前述の第２図と同様の構成からなるプレート型オゾン発
生器に、前述した第１図の構成からなる２００ｘ２００
ｘ３０ｍｍ寸法のこの発明による冷却装置を着設して、
オゾン発生を行なった。

この発明の冷却装置と同一寸法のアルミニウム製ヒート
シンクを着設した従来装置は、オゾン発生濃度が最大で
、８ｗｔ％であったが、この発明の冷却装置を設けたオ
ゾン発生器の場合、蒸発器への供給冷媒温度を１５℃以
下に冷却すると、オゾン発生濃度は１４ｗｔ％以上と極
めて高濃度のオゾンが得られた。

従って、オゾンの酸化力を利用した半導体製造装置を始
め、化学、医薬品工場での酸化剤及び殺菌剤として用い
るなど、酸化処理プロセスへの適用に最適なオゾン発生
器を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるオゾン発生器用冷却装置の回路
説明図である。第２図は従来の空冷式のプレート型オゾ
ン発生器の正面図と縦断面図である。第３図は従来の水
冷式の管壁オゾン発生器の正面図と縦断面図である。 １０．２１・・・高圧電極、１１．２２・・・低圧電極
、１２・・・誘電体、１３・・・絶縁体セパレータ、１
４・・・放電空間、１５・・・ヒートシンク、１６・・
・導入管、１７・・・導出管、２０・・・オゾン発生器
部、３０・・・蒸発器部、４０・・・オゾン発生器、５
０・・・気液分離用ドラム、６０・・・圧縮機、７０・
・・凝縮器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空隙を介して対向配置する一対の電極の各対向面に誘電
   体を配設した構成からなるオゾン発生器部と、前記一対
   の電極に液化冷媒の蒸発伝熱を利用する蒸発器部とを有
   する構成からなり、前記のオゾン発生器より上流に気液
   分離用ドラムを配置し、かつ該ドラム内の液面を蒸発器
   部より上方に保持し、絶縁性液化冷媒が前記ドラムと蒸
   発器部間を自然循環可能に配管接続し、さらに気液分離
   用ドラム内の冷媒ガスを導出して液化し、該ドラム内に
   再導入するための圧縮機と凝縮器を配置接続したことを
   特徴とするオゾン発生器用冷却装置。