JPH061230Y2 - 放電反応装置の電極 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、誘電体と一対の電極とを具備する気体放電反
応装置に関するものである。

〔従来技術〕

この種の放電装置は、オゾン生成に広く利用されてお
り、誘電体の裏面に一方の電極を密着させ、誘電体の表
面から１mm〜数mm離れた平行位置に対極を配し、誘電体
表面と対極間の間隙中に無声放電を発生させ放電反応を
起こさせるように構成した、所謂平行電極無声放電方式
が一般的である。

また、誘電体の裏面又は内部に一方の電極を密着又は埋
め込み、誘電体の表面に線状又は帯状の対極を密着して
配し、誘電体表面に放電させる沿面放電方式も実用化さ
れている。

一方、第６図に示すように、誘電体６１の表面側に配置
される対極６２は、その表面に複数の土手状突起部６３
を設け、該突起の先端を誘電体６１の表面に接するか或
いは極めて接近させて配置し、該突起間の凹部と誘電体
表面との間に形成されるトンネル状空間６４を原料及び
オゾン化ガス流路兼放電空間とする方式も提案されてい
る（例えば、特願昭６１−２８６３０６号((特開昭６３
−１３７７４８号))）。この方式は平行無声放電式と沿
面放電方式の複合方式というべきもので放電電力密度を
大幅に高くし、これによってオゾン密度及び単位放電面
当りのオゾン生成量をより高めることができる他、種々
の効用が生じるとされる。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、本考案者らの試験結果によると、平行無
声放電式と沿面放電式との複合方式というべき上記放電
反応装置の性能は、他の型式にも共通な、放電周波数、
放電電圧、原料成分、原料温度、原料の露点及び原料の
被放電時間等の影響因子の他に、この方式固有の土手状
突起の高さ、ピッチ及び断面形状等の影響因子がある。
しかも、これら因子のいくつかは、オゾン生成性能に特
に敏感に影響するが、該放電方式が従来実用されていな
い方式であることもあって適正条件が明らかになってい
ない。また、平行無声放電型と沿面放電型との複合方式
である上記放電反応装置は、オゾン生成、ＮＯ_Ｘ生成，
オゾン分解と放電形態との関係が定性的にしか、しかも
断片的にしか分かっていない現在、この放電方式におけ
る適正条件を従来の経験及び知識から明らかにすること
が困難であり、実験的に適正条件を解明するのが有効で
ある。本考案は、上述の点に鑑みてなされたもので、平
行無声放電型と沿面放電型との複合方式である放電反応
装置の電極の形状を実験結果に基づいて設定し、高性
能、小型で且つ安価な放電反応装置の電極を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本考案は、誘電体を挾む電極の
一方は誘電体側の面に複数の土手状の突起が設けてあ
り、該突起の先端は誘電体に接するか或いは極めて接近
し、該突起間の凹部と誘電体との間に形成されるトンネ
ル状空間を原料及び生成物流路兼放電空間とした放電反
応装置において、その電極形状を土手状突起の高さを
１．０乃至２．３mm、土手状突起のピッチを３乃至３０
mm、土手状突起の長さを１４〜１２０mm、土手状突起の
断面形状を頂角９０乃至１３５°の三角形又は頂角６０
乃至１３５°稜線の半径３乃至５mmのコニーデ火山形と
した。

〔作用〕

放電反応装置の電極形状を上記の如く設定することによ
り、該電極を用いて構成された放電反応装置は、最大オ
ゾン濃度、単位放電面積当りのオゾン生成量、放電電力
の最高効率等の点で、従来平行電極無声放電型及び沿面
放電型の何れの放電反応装置よりも優れたものにできる
ことが実験的に確認できた。

〔実施例〕 以下、本考案の実施例を図中に基づいて説明する。

第１乃至４図は、それぞれ本考案に係る放電反応装置の
対極の構造を示す斜視図である。図示するように、対極
２は複数の土手状突起３を有している。土手状突起３の
高さｈは１．０〜２．３mm、土手状突起部３のピッチ幅
は３〜３０mm、土手状突起３の断面形状は三角形（第１
図及び第２図の対極２）又は稜線の半径ｒが３〜５mmの
コニーデ火山形（第３図及び第４図の対極２）、土手状
突起３の先端の頂角は三角形断面の場合９０〜１３５°
コニーデ火山型の場合６０〜１３５°とする。なお、土
手状突起３の先端のピッチ方向に幅０．０３〜０．１０
mmの平坦部を設けることが、望ましく、土手状突起３の
底部の隣接突起又は平坦部との接続部には加工上やむを
得ず残る微小半径の円弧部が生じることは支障ない。

上記第１乃至４図に示す形状の対極２の土手状突起３の
断面形状に関して、土手状突起３の高さｈ、ピッチｐ、
長さ、先端の頂角θ、第３図及び第４図に示す対極２
の場合は、更に稜線の半径ｒを種々に変えて、最高オゾ
ン濃度、最大オゾン生成量を測定したところ以下のよう
な結果が得られる。

第１図の対極、 第１図に示すように三角形の土手状突起３が互いに隣接
する電極形状の場合、酸素原料において、高さｈが１．
０〜２．０mmの時最大オゾン濃度及び単位放電面積当り
の最大オゾン生成量が得られ、高さｈ＞２mmでは最大オ
ゾン濃度は低下し、単位放電面積当りの最大オゾン生成
量は横ばい或いは漸減した。また、高さｈ＜１mmでは、
最大オゾン濃度、単位放電面積当りの最大オゾン生成量
はともに減少した。これらの傾向はピッチｐが２mm＜ｐ
＜３０mm、長さが１４mm＜＜１２０mmの範囲で認め
られた。

一方空気原料においては、高さｈが（１mm＜ｈ＜３．５
mmの範囲で）大きくなる程、最大オゾン濃度も単位放電
面積当りの最大オゾン生成量も大きくなるが、高さｈ≧
２．３mmではそれらの増加率は極めて僅かであった。な
お、高さｈ≧２．３mmとなると最大オゾン濃度及び最大
生成量を得るための放電電圧も１４ＫＶ^P-P（ピークか
らピークまでの振幅値）以上となることがあり、電極及
び誘電体の損傷も懸念された。

従って、土手状突起３の高さｈは１．０〜２．３mmが適
当である。

なお、三角形の土手状突起３の先端の頂角θを９０〜１
３５°の範囲で変えた場合、頂角θを大きくするに従っ
て、酸素原料における濃度が僅かに下がり、空気原料に
おける濃度が僅かに上がる傾向が認められたが、頂角θ
を過度に小さくした場合の電極材料及び誘電体の損傷の
懸念、加工の容易さから頂角θは９０°＜θ＜１３５°
の範囲にするのが適当である。

第３図の対極、 第３図に示すように、稜線が円弧状のコニーデ火山形の
土手状突起３の場合は、円弧の半径ｒを大きくするに従
って、最大オゾン濃度は酸素原料で低下し、空気原料で
増加し、最大オゾン生成量は両原料とも減少する。従っ
て、第３図に示すコニーデ火山形の土手状突起３を有す
る対極２は、空気原料用として有用である。円弧部の半
径ｒが３mm未満では三角形の土手状突起３と大差がな
く、半径ｒが５mmを越えるとオゾン生成量が三角形突起
の場合の半分から数分の１と低下する。

また、頂角θの大きさは、三角形の土手状突起３と同様
の理由及び放電空間断面積をより大きくするために６０
°〜１３５°が適当である。

同様に第１図に示す対極２の形状で高さｈが１．５mmの
場合、酸素原料において、最大オゾン濃度は約１２０mm
までは、長さの増大と共に増大するが、≒１２０mm
付近で横ばいか或いは減少に転ずる。

一方単位放電面積当りの最大オゾン生成量は長さが１
４mm以上で長さと共に減少し、＜１４mmでは横ばい
か、かえって減少する。

また、空気原料においては、長さが３０mm＜＜６０
mmの範囲で最大オゾン濃度が得られ、単位面積当りのオ
ゾン生成量はの増加と共に減少する。従って、三角形
の土手状突起３の長さは１４〜１２０mmが有用である。
なお、コニーデ火山形の土手状突起３の場合も、土手状
突起３の長さと同じく１４〜１２０mmが実用的である。

第２図及び第４図の対極 さらに第２図及び第４図に示すように対極２の土手状突
起３を離して設けると、三角形状の土手状突起及びコニ
ーデ火山形状の土手状突起の場合も酸素原料において
は、ピッチｐが３〜８mmの範囲で最大濃度が得られ、放
電面積当りの最大オゾン生成量はピッチｐの増大と共
に、僅かではあるが減る傾向にある。一方空気原料にお
いて、ピッチｐの増大と共に最大オゾン濃度は顕著に増
す反面、単位放電面積当りの最大オゾン生成量は大幅に
減少し、ピッチｐ＞３０mmになると、平行無声放電型の
場合と殆ど同程度に低下してしまう。従ってピッチｐは
３〜３０mmが有用である。

第５図に第１図の対極を用いた放電反応装置の断面構造
を示す。同図において、１はＡ_２Ｏ_３を主性分とする
セラミック誘電体で、その裏面には一方の電極５として
Ａｇ−Ｐｄのメタライズが施され、電力供給用のリード
線１２が接続されている。２は断面三角形状の土手状突
起３を有する対極で、裏面に複数の放電フィン２−１が
鑞付けされ（二点鎖線はフィンの断面形状を示す）、放
電フィン２−１には電力供給用リード線１３が接続して
ある。

上記構造の放電反応装置においては、土手状突起３は、
高さｈ＝１．５mm、長さ＝４７mm、ピッチｐ＝３mm、
頂角θ＝９０°の三角形とした。放電反応装置を上記の
ような構成とすることにより、セラミック誘電体１と対
極２の間に原料及び生成物の流路兼放電空間４が形成さ
れ、これらは図示していない、紙面手前の原料入口及び
紙面裏側の生成物出口に連接されている。テフロンとシ
リコンゴムの積層材からなるパッキン兼スペーサ１１を
挾んで、絶縁性材料からなるケーシング７及び８を図示
していないボルトで第５図に示すように締結組立てる。

ケーシング７にはセラミック誘電体１を支えるリブ７−
１が設けてあり、セラミック誘電体１の裏側には冷却ジ
ャケット９が形成されている。冷却ジャケット９及び対
極２側のケーシング８の内部空間１０は、それぞれ図示
しない冷媒入出口と接続され、冷却ジャケット９には冷
却水を内部空間１０には冷却油を供給、循環させるよう
に構成している。

上記構成の放電反応装置において、原料として酸素を用
い、リード線１２と電力供給用リード線１３との間に
６．５ＫHz、２−１２ＫＶ^P-Pの高周波電圧を印加した
場合、オゾンの最高濃度２０５mg／Ｎ、単位放電面積
当りのオゾン生成量３．０６kg／ｈ／m²、オゾン生成の
対電力最高効率０．１７９kg／ｋｗｈを得た。

一方、平行無声放電型の場合、オゾンの最高濃度８０mg
／Ｎ、単位放電面積当りのオゾン生成量０．３０kg／
ｈ／m²、オゾン生成の対電力最高効率０．１８kgO₃／ｋ
ｗｈ程度であり、また無声放電型の場合、オゾンの最高
濃度１００mg／Ｎ、単位放電面積当りのオゾン生成量
１．５kg／ｈ／m²、オゾン生成の対電力最高効率０．１
８kgＯ_３／ｈ程度である。

従って、上記構成の放電反応装置はオゾン生成におい
て、極めて優れた性能を有することが確認できた。

また、第５図と同じ構成の放電反応装置において土手状
突起３の高さｈ＝１．５mm、長さ＝６０mm、ピッチｐ
＝２４mm、頂角θ＝７５°及び稜線の半径３．５mmのコ
ニーデ火山形状の土手状突起３の対極２とし、原料に空
気を用いた場合、最大オゾン濃度１９mg／Ｎ、単位放
電面積当りの最大オゾン生成量０．７１kg／ｈ／m²、の
結果を得た。この結果から、本考案の電極形状とするこ
とにより、空気原料においても、最大オゾン濃度で沿面
放電型より優れ、平行無声放電型と略同等で、単位放電
面積当りの最大オゾン生成量では沿面放電型及び平行無
声放電型のいずれより優れていることが確認できた。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案によれば、電極の土手状突起
の形状を実用新案登録請求の範囲に記載の通り設定する
ことにより、高性能、小型で且つ安価な放電反応装置を
提供できるという極めて優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はそれぞれ本考案に係る放電反応装置
の対極の構造を示す斜視図、第５図は第１図の対極を用
いた放電反応装置の断面図、第６図は平行無声放電式と
沿面放電方式の複合方式の放電反応装置概念構造を示す
図である。 図中、１……セラミック誘電体、２……対極、３……土
手状突起、４……流路兼放電空間、５……電極、７……
ケーシング、８……ケーシング、９……冷却ジャケッ
ト、１０……内部空間、１１……パッキン兼スペーサ、
１２……リード線、１３……電力供給用リード線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 安武 重雄 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)考案者 北嶋 宣光 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−86403（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体を挾む電極の一方は誘電体側の面に
   複数の土手状突起が設けてあり、該突起の先端は誘電体
   に接するか或いは極めて接近し、該突起間の凹部と前記
   誘電体との間に形成されるトンネル状空間を原料及び生
   成物流路兼放電空間とした放電反応装置において、前記
   電極の土手状突起の高さを１．０乃至２．３mm、土手状
   突起のピッチを３乃至３０mm、土手状突起の長さを１４
   〜１２０mm、土手状突起の断面形状を頂角９０乃至１３
   ５°の三角形又は頂角６０乃至１３５°で稜線の半径３
   乃至５mmのコニーデ火山形としたことを特徴とする放電
   反応装置の電極。