JPH0651113B2

JPH0651113B2 - 気体放電反応装置

Info

Publication number: JPH0651113B2
Application number: JP61286306A
Authority: JP
Inventors: 博一塩田
Original assignee: Sapporo Breweries Ltd
Current assignee: Sapporo Breweries Ltd
Priority date: 1986-12-01
Filing date: 1986-12-01
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPS63137748A

Description

【発明の詳細な説明】『産業上の利用分野』本発明は絶縁性誘電体と電極とによって構成されている
気体放電反応装置に関するものである。

『従来の技術』現在最も多く利用されている放電反応装置は酸素を放電
反応によってオゾン化するオゾン生成装置であり、この
技術は、従来は無声放電式と称され、誘電体とこの誘電
体の一面側に数ミリの関隙を持って対設した平行電極板
とで構成され、この平行電極板と誘電対の反対面との間
に高電圧を印加して誘電体面と平行電極板との空隙に多
くの放電を行う方式のものが知られている。

また、最近ではセラミック板に面状の電極を埋め込み、
この電極と該セラミックの表面にプリントした線状の電
極との間に高電圧を印加し、セラミック表面の線状の電
極の周囲に薄いストリーマ放電層を作り、気体を該放電
層に接触させる沿面放電方式も実用化されている。

『発明が解決しようとする課題』しかし、従来のこれら気体放電反応装置は、前者の無声
放電方式は比較的荒い放電を繰り返す数ミリの空隙に気
体を流すので放電反応時間がかかり、装置が大型高価と
なる欠点を有していた。

また、後者の沿面放電方式は、放電密度は無声放電に比
較して高いことは知られているも、セラミック表面にプ
リントした数十ミクロンの線状の電極周囲に惹起した薄
い放電層に気体を接触させるため、通過気体のうち僅か
な量だけが接触することになり、高度な放電反応には適
さないという欠点を有している。

なお、オゾン生成装置に限って測定してみると、無声放
電方式は原料気体である通過酸素量が多いときには通過
酸素をオゾン化する効率は比較的高いが高濃度のオゾン
化には不向き、すなわち、第８図（横軸に原料気体（気
相の酸素）の流量（／分）、縦軸にオゾン濃度（ｐｐ
ｍ）を示し、破線が無声放電方式、一点鎖線が沿面放電
方式、実線が本発明方式による）に破線で示すごとく、
原料気体の通過量を増やしてもオゾン濃度の低下率は比
較的低いが、沿面放電方式は第８図に一点鎖線で示すよ
うに高濃度のオゾンを生成するのに適するのがオゾン発
生量が無声放電式に比較して非常に少ない、すなわち、
原料気体の通過量を増やすとオゾン濃度の低下が顕著に
現れるという欠点を有することが実測（無論、消費電力
は無声放電方式及び沿面放電方式も同じとして測定して
ある。）の結果判明している。

そこで本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、小型
の装置で高密度の高効率放電を行う気体放電反応装置を
提供することを目的としたものである。

『課題を解決するための手段』上記の目的に沿い、先述特許請求の範囲を要旨とする本
発明の構成は前述課題を解決するために、３ｍｍ以下の
厚みを有する板状の絶縁性誘電体１の一面に、該誘電体
１より離れる方向に向かって互いに対向する平面部５
ａ，５ａが近づく方向に傾斜する断面略三角形状の溝５
を複数条平行に設け、この隣り合う溝５，５によって形
成される山部先端が尖った断面略三角波形の電極板２
を、該溝５群を誘電体１に対向して設け、上記溝５と誘電体１とで囲まれる空部を原料気体流路６
に兼用し、また、上記誘電体１の他面には相手側電極板３を重ね、上記電極板２と相手側電極板３とには、上記溝５内全域
に放電を生ずるに足る交流高電圧を印加する交流高電圧
７を連結してなる技術的手段を講じたものである。

『作用』それ故本発明気体放電反応装置は、電極板２と相手方電
極板３との間に交番高電圧を印加するに際して、第６図
に示すごとく、初めは比較的低電圧（本実施例では３ｋ
ｖ程度）を印加し徐々にその電圧を高くすると、放電界
は電極板２と誘電板１との接触部の近くで始まり、印加
電圧を上昇せしめるにつけて放電域は該接触部より遠い
所にまで広がり、ある或値（本実施例では１２ｋｖ）で
通路６内は完全に強い放電界で埋められる。

上記通路６内を満たした放電形態を説明するなら、無声
放電域と沿面放電域とが混在する放電であることには相
違がなく、両放電或が連続・融合することで、電極板２
の溝５の山部と誘電板１との接触部近くに発生した放電
密度の高い沿面放電域が、上方或、すなわち溝５の谷底
部側に拡大せしめられ（以下、本願では、放電密度が沿
面放電と見做される程度に高くなった部位をも含めて、
沿面放電界と称する。）、通路６内の放電密度を総合的
に高密度化するものである。なお、消費電力に対応する
発生オゾン量を比較すると、従来の無声放電とも沿面放
電とも異なる放電が生じているものと推測される。

上記放電形態を第７図（横軸を誘電板１の表面とし、そ
の上に電極板２ａ，２を載せ、同図に示されない相手電
極３とに交番高電圧を印加した際の放電電流の分布を模
式的に示す。）を参照に、さらに説明すると、同図左側
例が従来の無声放電方式で、電圧Ｖ₀が放電開始電圧未
満の低い電圧で、無論この電圧Ｖ₀では放電は生ぜず、
放電電流は流れないものとする。しかし、略同じ電圧Ｖ
₁を本発明方式で印加すると、太さが放電電流量を示す
縦線で示したような放電が生ずる。すなわち、本発明で
は、電極板２と誘電板１との接触部の近くでは、同図中
央例に示すごとく、電圧が低い時から放電電流が流れ始
め（電圧Ｖ₀₁を放電開始電圧とすると、同図左側例のＶ
₀に対してＶ₀₁は非常に低い電圧である。）、印加電圧
が高くなるにしたがってこの放電電流が増大する。そし
て、同時に電圧が高くなるにしたがって、放電或が谷の
上方（谷奥）に広がって、放電域の増大にしたがって増
加した放電電流も加算され、全体の放電電流が増大す
る。すなわち、放電電極板２と誘電体１との距離が大き
くなるにしたがって放電に必要な電圧を高くする必要性
を有するが、溝５と形成する平面部５ａ，５ａが誘電体
１から遠ざかるにしたがって近づく方向に連続的に傾斜
して断面略三角形状の溝５を形成するため放電電流も傾
斜にしたがって減少はするも、同図右側例（同図中央例
と右側例とは印加電圧のみが相違する。）に示すごとく
電圧Ｖ₂を印加することで溝５内全域で放電を発生す
る。

なお、同図左側に示す通常の無声放電において電極２ａ
に，発生濃度をあげるため放電電流量を増やすに要する
高い電圧（例えば同図右側例の電圧Ｖ₂以上の電圧）を
印加すると、絶縁耐力、絶縁破壊の問題が生じるので、
現実的には印加電圧の上限が限定され有効に電圧を利用
できないため強い放電を期待することはできない。

そして、放電電流値が第７図に示すように上方に向かっ
て順次減少することから電極板２と誘電板１との接触部
の近くの沿面放電は従来薄い層状であったのが、電流の
減少が上下方向で順低状態に減少するため、沿面放電と
無声放電との明らかな境界は認められ無くなり、沿面放
電域と見做される範囲が本来の沿面電域より無声放電側
に混入することになる。そして、この状態を第５図によ
り説明するなら、溝５の頂部付近に格子状のハッチング
で示す沿面放電界Ｑが発生し、溝５内のその他の部位は
斜め格子状のハッチングで示されるように無声放電界Ｐ
で満たされることになる。

そして、この高密度放電を行なう通路６内を原料気体が
通過することで、該原料気体は強勢な放電反応が進行す
るものである。

『実施例』次に、本発明の実施例を第１図乃至第８図に従って説明
すれば以下の通りである。

図中、１が絶縁性誘電体で、この絶縁性誘電体１は硬質
耐酸ガラス又は高純度セラミック等の耐酸性の絶縁性材
が使用される３ｍｍ以下の厚みを有する板状に形成され
てなる。

そして、上記絶縁性誘電体１の一面に、該誘電体１より
離れる方向に向かって互いに対向する平面部５ａ，５ａ
が近づく方向に傾斜する断面略三角形状の溝５を複数条
平行に設け、この隣り合う溝５，５によって形成される
山部先端が尖った断面略三角波形の電極板２を、該溝５
群を誘電体１に対向して設けてある。

すなわち、電極板２との一面に断面三角形の溝５を複数
条平行に配設して該溝５の尖った山部頂部が誘電体１に
接触するようになしてある。なお、ここで溝５の山部頂
部が誘電体１に接触するとしたのは、電極板２のと山部
頂部が可能な限り誘電体１の放電を発生する面に近くす
ることで、製造する精度の点で多少のクリアランス部が
生じることは差し支えないものである。

なお、上記溝５は安定した均一な放電をさせるためには
複数条の溝５、５、５・・・のピッチ・形状は同一とす
るのが望ましい。

そして、上記溝５と誘電体１とで囲まれる空部を原料気
体流路６に兼用してある。

上記原料気体流路６は、「第１図」及び「第２図」では
奥手前の一方側より原料気体を供送し、溝５，５，５・
・・内を通った原料気体が他方側より流出する様になし
てある。また、「第３図」及び「第４図」例では、電極
板２の中央に原料気体注入口１０を設け、該電極板２の
絶縁性誘電体１との接触面側にはこの原料気体注入口１
０と各通路６，６，６・・・とを連結する連結溝１１を
配してあり、該原料気体注入口１０より圧送された原料
気体は連結溝１１より各通路６，６，６・・・に分流さ
れて該電極板２の端部より流出するようになしている。
なお、この原料気体注入口１０に吸気パイプを連結し
て、原料気体の流れを上記とは逆にしても差し支えはな
いものである。

そして、上記誘電体１の他面には相手側電極板３を重ね
てある。

上記相手方電極板３と前記電極板２は耐酸化材料を使用
することが望ましく、本実施例ではチタン材を使用し
た。そして、この電極板２と相手方電極板３と上記絶縁
性誘電体１とは三層構造に重合されることになるが、図
では省略した絶縁性の締結具、固定具等で三層構造に重
合固定することは無論である。

なお、この相手側電極３は通常は平板を使用するが、電
極板２との間に放電界を生成できるものであればよく、
例えば第２図に示すごとく電極板２と同じ形状のものを
使用して、絶縁性誘電体１の両面で放電界を生成する様
になしても差し支えないものである。

そして、上記電極板２と相手側電極板３とには、上記溝
５内全域に放電を生ずるに足る交流高電圧電源７を連結
してなる。

上記交流高電圧電源７は従来公知なものを使用すればよ
く、沿面放電のみを目的とする場合は比較的低い電圧ま
での出力でよいが、本発明では溝５内全域に放電を生ず
るに足る高電圧を出力できるものを使用している。

『発明の効果』本発明気体放電反応装置は上記のごときで、原料気体は
高密度な放電域である通路６内を通過するため、確実・
効率的に放電反応されるもので、具体例としては、絶縁
性誘電体１を厚み０．６ｍｍｍのセラミック板５０ｍｍ
×５０ｍｍで作り、この絶縁性誘電体１の裏面に１ｍｍ
厚みのチタン板製の相手方電極板３を重合し、該絶縁性
誘電体１の表面には同じくチタン板製で厚みが５ｍｍ通
路６，６，６・・・を高さ２ｍｍの正三角形断面とした
電極板２を重合して第３図及び第４図例装置を製作し、
電極板２と相手方電極板３との間に最高１２Ｋｖ・５Ｋ
Ｈｚの交番高電圧を印加し、原料気体注入口１０より毎
分２リットルの純酸素を供送したところ、第６図に示す
ごとく最高４００００ｐｐｍの高濃度オゾンを得た。こ
れは、僅か数十ミリの通路６で実に高濃度な放電反応が
行なわれていることを示し、無声放電式の数十分の１、
沿面放電式の数分の１の放電域で放電反応が進行したこ
とを立証するもので、小型で高効率的な気体放電反応装
置を提供することができるものである。

また、本発明気体放電反応装置は、極めて安定した放電
を発生するもで、第６図に示すごとく、電圧を徐々に下
げてゆくとオゾン発生量がほとんど直線的に低下し、３
Ｋｖにおいて約１００ｐｐｍまで安定して下り、実に
１：４００の広い制御巾で放電反応を制御できるもので
ある。従来の無声放電式又は沿面放電式は同図破線に示
すごとく１：４程度の制御巾しかなく、６Ｋｖ以下では
不安定域に入ることと比較すると本発明装置は通過する
原料気体の反応条件に適合した放電状態を容易に制御で
きる効果を有するものである。また、特に低電圧におい
て安定した放電を保持することは放電開始電圧による絶
縁性誘電体１または交流高圧電源７への電気的衝撃を緩
和するものであり破損の恐れが少ない気体放電反応装置
を提供できるものである。

また、本発明は電極板２に溝５を設け、該電極板２を中
実状になしたため、もっとも強い放電で生ずる溝５の頂
部で局所的な加熱がすぐに拡散・電熱され局所的な温度
上昇が防止され、発熱による放電反応抑止を防止できる
気体放電反応装置を提供できるものである。

さらに、本発明の特筆できる効果としては、原料気体の
全量が放電界と確実に接触することで、放電反応が安定
的に行えることである。従来から無声放電式が採用され
てきた理由である原料気体となる通過酸素流量が多いと
きオゾン化効率が比較的よいのは、この原料気体と全量
が放電界と確実に接触するためであり、また、沿面放電
方式の長所である、高濃度のオゾン生成は沿面放電の放
電界の強勢性によるものと推考され、本発明はその両者
を利用することで、無声放電方式、沿面放電方式の両者
の長所を活用し両者の欠点を解決するもので、「図８」
に横軸に原料気体の流量（／分）、縦軸にオゾン濃度
（ｐｐｍ）とした場合、破線で示す無声放電式と一点鎖
線で示す沿面放電式と実線で示す本発明方式とでは夫々
同じ消費電力で、同図のようになり、流量を増してもオ
ゾン濃度の低下が少ない利点は従来の無声放電式と同じ
で、発生オゾン濃度が高い利点は従来の沿面放電方式と
同じであり、さらに、本発明は無声放電方式と沿面放電
方式との両者を別個に組み合わせた以上の放電反応を実
現できる気体放電反応装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明気体放電反応装置の一実施例を示す縦断
面図、第２図は別の実施例縦断面図、第３図はさらに別
の実施例縦断面図、第４図は平面図、第５図は放電界を
示した要部断面図、第６図は印加電圧と放電により生成
されたオゾンの濃度関係を示す特性図、第７図は本発明
及び無声放電方式の電圧と電流との各部位での比較模式
図、第８図は従来の沿面放電方式・無声放電方式・本発
明方式でのオゾン生成率グラフを示すものである。１〜絶縁性誘電体、２，２ａ〜電極板３〜相手方電極板、６〜原料気体通路７〜交流高圧電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−86403（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３ｍｍ以下の厚みを有する板状の絶縁性誘
電体１の一面に、該誘電体１より離れる方向に向かって
互いに対向する平面部５ａ，５ａが近づく方向に傾斜す
る断面略三角形状の溝５を複数条平行に設け、この隣り
合う溝５，５によって形成される山部先端が尖った断面
略三角波形の電極板２を、該溝５群を誘電体１に対向し
て設け、上記溝５と誘電体１とで囲まれる空部を原料気体流路６
に兼用し、また、上記誘電体１の他面には相手側電極板３を重ね、上記電極板２と相手側電極板３とには、上記溝５内全域
に放電を生ずるに足る交流高電圧を印加する交流高電圧
電源７を連結してなる気体放電反応装置。