JPH08183604A

JPH08183604A - オゾン発生装置

Info

Publication number: JPH08183604A
Application number: JP34103894A
Authority: JP
Inventors: Kenta Naito; 健太内藤; Shigeru Kato; 茂加藤; Tamotsu Kawakita; 有川北
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【目的】オゾン発生管内の原料ガスを効果的に冷却する
ことができ、放電電力密度の増大によって、容易にオゾ
ンの生成能力や生成効率を高めることができるオゾン発
生装置を提供すること。【構成】原料ガスを導入するためのガス入口２とオゾン
化ガスを外部に供給するためのガス出口３とを有する函
体２６と、函体２６内において函体２６内に置ける原料
ガスの流れ方向に沿って装備されるパルスストリーマコ
ロナ放電によるオゾン発生放電管５とからなり、前記オ
ゾン発生放電管５内における原料ガスの流れ状態が乱流
状態になるように、前記原料ガスの流速を制御するよう
にしたオゾン発生装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルスストリーマコロ
ナ放電によるオゾン発生放電管を用いたオゾン発生装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】旧来よリ、オゾン発生装置として、いわ
ゆる、無声放電方式のものが知られている。これは、平
行板状電極ないし平行同軸円筒電極間にガラス板を介在
せしめて交流高電圧を印加して、これらの電極間に無声
放電を発生せしめつつ、これらの電極間に原料ガスであ
る乾燥した空気又は酸素を流通せしめ、無声放電に固有
の放電化学作用で酸素をオゾンに転化せしめることによ
ってオゾンを発生させるものである。しかし、この方式
の場合は、オゾン発生の電力効率が極めて低く、理論値
の数％以下に留まるものであった。

【０００３】そこで、パルス幅の著しく短い極短のパル
ス高電圧を用いた沿面コロナ放電におけるオゾン生成作
用を利用することで、オゾン発生の電力効率を向上させ
る方式が研究され、最近では、更に、この方式を改善し
てパルスストリーマコロナ放電によるオゾン発生放電管
を用いたオゾン発生装置が開発されるに至っている。

【０００４】図３は、このようなパルスストリーマコロ
ナ放電によるオゾン発生放電管を用いた従来のオゾン発
生装置を示したものである。このオゾン発生装置１は、
原料ガスである乾燥した空気又は酸素を導入するための
ガス入口２と生成オゾンを含むオゾン化ガスを外部に供
給するためのガス出口３とを有する函体４と、この函体
４内においてこの函体４内における前記原料ガスの流れ
方向（図中矢印Ａ方向）に沿って装備される複数本（こ
の例では、３本）のパルスストリーマコロナ放電による
オゾン発生放電管５と、このオゾン発生放電管５に極短
のパルス高電圧を印加するパルス高圧電源６とを具備し
ている。

【０００５】また、函体４には、オゾン発生放電管５に
投入された放電電力の内、８０％以上がガス中で熱に変
わり、この熱によるオゾンの生成効率の低下を防ぐた
め、外壁部７に設けた冷媒入口８と冷媒出口９、および
函体４内に配設した仕切壁１０、１１によって、函体４
内に装備されたオゾン発生放電管５を冷却する水等の冷
媒を流す冷媒通路１３が区画形成され、これによリオゾ
ン発生放電管５を通過するガスを冷却するようにされて
いる。図中矢印Ｂは、冷媒の流れを示している。

【０００６】オゾン発生放電管５は、函体４内における
原料ガスの流れ方向に沿って張られたワイヤ電極１５を
コロナ放電電極とし、かつ、このワイヤ電極１５が挿通
する円筒電極１６を非コロナ放電電極とする平行同軸円
筒型のパルスストリーマコロナ放電管である。各オゾン
発生放電管５におけるワイヤ電極１５は、ガス入口２側
に位置した基端部が、碍管１８を介して函体４の外壁部
７を挿通したパルス高圧電源６の一方の電極１９に電気
接続されている。また、ガス出口３側に位置した各ワイ
ヤ電極１５の終端部は、函体４の外壁部７に碍子２０を
介して絶縁支持されたワイヤ終端支持絶縁具２１に固定
されている。

【０００７】また、函体４における外壁部７や仕切壁１
０、１１等はいずれも、導電性に優れた金属製であり、
前述した各オゾン発生放電管５の円筒電極１６は、仕切
壁１０、１１や外壁部７を介して、パルス高圧電源６の
他方の電極２３に接続されている。

【０００８】以上の構造をなす従来のオゾン発生装置１
では、各オゾン発生放電管５内における原料ガスの平均
流速が数ｃｍ／ｓ〜数１０ｃｍ／ｓ程度になるように、
ガス入口２へのガス供給量を制御しつつ、パルス高圧電
源によりオゾン発生放電管５に極短パルス高電圧を印加
して、オゾン発生放電管５におけるパルスストリーマコ
ロナ放電によりオゾンの生成が行われている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このようなパルススト
リーマコロナ放電によるオゾン発生放電管を用いたオゾ
ン発生装置では、旧来の無声放電によるオゾン発生放電
管を用いたものと比較して、原理上では、オゾン発生の
電力効率が向上し、オゾンの生成能力や生成効率が改善
されるのであるが、図３に示す前述のオゾン発生装置１
では、オゾンの生成能力や生成効率の点で期待するほど
の十分な効果が得られていない。

【００１０】その理由は、次のように考えることができ
る。前記オゾン発生放電管５におけるオゾンの生成能力
や生成効率を高めるためには、前記オゾン発生放電管５
における放電電力密度をできるだけ高めることが好まし
く、できれば、パルスストリーマコロナ放電における許
容放電電力密度の限界値（数１００ｋＷ／ｍ^３）まで、
オゾン発生放電管５における放電電力密度を高めたい。
しかし、その一方、放電によるオゾンの生成効率は、オ
ゾン化する原料ガスの温度に依存し、温度が上昇すると
ともに著しく低下することが知られており、このためオ
ゾン発生放電管内での原料ガスの温度上昇は１０〜２０
℃程度に抑える必要がある。

【００１１】換言すれば、放電電力密度を高めてオゾン
の生成能力や生成効率の向上を図る場合には、同時に、
放電電力密度の向上によって原料ガスの温度上昇度合い
が高まる分だけ、冷媒等による原料ガスの冷却効率を高
めてやることが、不可欠になる。ところが、図３に示す
従来のオゾン発生装置１の場合は、冷媒通路１３に流す
冷媒による冷却効果が低く、例えば、放電電力密度を数
１００ｋＷ／ｍ^３程度まで高めると、原料ガスの温度上
昇が１００℃以上にも達してしまうという不都合が発生
する。そのため、前述の従来のオゾン発生装置１では、
オゾン発生放電管５における放電電力密度を、数ｋＷ／
ｍ^３程度以下に抑えて運用しなければならず、その結
果、オゾンの生成能力や生成効率の点で、格別な性能向
上を達成できないという問題に陥っていた。

【００１２】本発明は、上記問題に鑑みなされたもの
で、オゾン発生放電管を効果的に冷却することができ、
放電電力密度を高めた場合にも原料ガスの温度上昇を許
容範囲に抑えて、放電電力密度の増大によって、容易に
オゾンの生成能力や生成効率を向上させることのできる
オゾン発生装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的は、原料ガスで
ある乾燥した空気又は酸素を導入するためのガス入口と
生成オゾンを含むオゾン化ガスを外部に供給するための
ガス出口とを有した函体と、該函体内において該函体内
における前記原料ガスの流れ方向に沿って装備されるパ
ルスストリーマコロナ放電によるオゾン発生放電管とを
備え、かつ、前記オゾン発生放電管内における前記原料
ガスの流れ状態が乱流状態になるように、前記原料ガス
の流速を制限することを特徴とするオゾン発生装置によ
り達成される。

【００１４】また、前記のオゾン発生装置において、前
記函体には、該函体内に装備された前記オゾン発生放電
管を冷却するための冷媒を流す冷媒通路を装備すること
によっても、上記目的を達成することができるものであ
る。

【００１５】さらに、上記のオゾン発生装置において、
前記オゾン発生放電管としては、ワイヤ電極をコロナ放
電電極とし、かつ、該ワイヤ電極が挿通する円筒電極を
非コロナ放電電極とする平行同軸円筒型のパルスストリ
ーマコロナ放電管を使用した構成としても、上記目的を
達成することができる。

【００１６】また、上記のオゾン発生装置において、前
記オゾン発生放電管内における原料ガスの流れ状態を乱
流状態にするための原料ガスの流速制御は、前記函体内
に並列に装備されるオゾン発生放電管の本数を減らして
実施的な流路断面積を低減させることによって行う構成
としても、上記目的を達成することができるものであ
る。

【００１７】また、さらに、上記のオゾン発生装置にお
いて、前記オゾン発生放電管内における原料ガスの流れ
状態を乱流状態にするための原料ガスの流速制御は、前
記函体内に装備される複数本のオゾン発生放電管を直列
接続にして実質的な流路断面積を低減させることによっ
て行う構成としても、上記目的を達成することができる
ものである。

【００１８】

【作用】従来のオゾン発生装置におけるオゾン発生放電
管内の原料ガスの流速は、平均流速で数ｃｍ／ｓ〜数１
０ｃｍ／ｓ程度で、このような流速では、オゾン発生放
電管内での原料ガスの流れ状態は、レイノルズ数が２０
００以下となって層流状態となり、原料ガスとオゾン発
生放電管との間の熱伝導能力が極めて低いため、オゾン
発生放電管を冷媒等で冷却したとしても、オゾン発生放
電管を介しての原料ガスの冷却が十分に果たせない。

【００１９】しかし、本発明の上記構成によれば、オゾ
ン発生放電管内の原料ガスの流れ状態は乱流状態とさ
れ、原料ガスが層流状態で流れている場合と比較して、
オゾン発生放電管内を流れる原料ガスから前記オゾン発
生放電管への熱伝達能力を数１０倍に高められる。

【００２０】従って、前記オゾン発生放電管からの放熱
が盛んになり、該オゾン発生放電管からの放熱によって
該オゾン発生放電管内を流れる原料ガスの温度上昇を抑
制することが容易になり、例えば、冷媒により前記オゾ
ン発生放電管を適宜に冷却することなどにより、オゾン
発生放電管内の原料ガスに対して効果的に所望の冷却を
施すことができ、放電電力密度を高めた場合にも原料ガ
スの温度上昇を許容範囲に抑えて、放電電力密度の増大
によって高効率のオゾン生成を実現でき、容易にオゾン
の生成能力や生成効率を向上させることが可能となる。

【００２１】そして、前記オゾン発生放電管としては、
ワイヤ電極をコロナ放電電極とし、かつ、前記ワイヤ電
極が挿通する円筒電極を非コロナ放電電極とする平行同
軸円筒型のパルスストリーマコロナ放電管を使用するこ
とも可能である。そして、前記オゾン発生放電管内にお
ける原料ガスの流れ状態を乱流状態にするための原料ガ
スの流速制御を、前記函体内に並列に装備されるオゾン
発生放電管の本数を減らして実質的な流路断面積を低減
させることによって行う構成とした場合、あるいは、前
記函体内に装備される複数本のオゾン発生放電管を直列
接続にして実質的な流路断面積を低減させることによっ
て行う構成とした場合には、既存のオゾン発生装置に対
して最小限の改良を加えるだけで、本発明の作用効果を
享受することが可能になり、安価に、高放電電力密度で
高効率のオゾン発生を行うことが可能になる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は、本発明に係るオゾン発生装置の一実施例を
示したものである。この一実施例のオゾン発生装置２５
は、原料ガスである乾燥した空気又は酸素を導入するた
めのガス入口２と生成オゾンを含むオゾン化ガスを外部
に供給するためのガス出口３とを有した函体２６と、該
函体２６内において該函体２６内における前記原料ガス
の流れ方向（図中の矢印Ｃ方向））に沿って装備される
複数本（この例では、３本）のパルスストリーマコロナ
放電によるオゾン発生放電管５と、このオゾン発生放電
管５に極短パルス高電圧を印加するパルス高圧電源６と
を具備している。

【００２３】函体２６内は、オゾン発生放電管５に投入
された放電電力の一部がガス中で熱に変わり、この熱に
よるオゾンの生成効率の低下を防ぐため、外壁部２８に
設けた冷媒入口８と冷媒出口９、および函体２６内に配
設した仕切壁１０、１１等によって、該函体２６内に装
備されたオゾン発生放電管５を冷却するための水等の冷
媒を流す冷媒通路１３が区画形成されている。図中の矢
印Ｄは、冷媒の流れを示している。

【００２４】符号３０および３１は、函体２６内を区画
する仕切壁で、この仕切壁３０、３１により各オゾン発
生放電管５が直列状態に連通するようにされている。こ
れは、函体２６の内容積や供給する原料ガスの流量等を
図３に示した従来の函体４と同様のものにしながら、実
質的な流路断面積を低減させ、各オゾン発生放電管５内
における原料ガスの流れ状態を乱流状態となるように原
料ガスの流速を制御するためのものである。

【００２５】パルスストリーマコロナ放電によるオゾン
発生放電管５は、この実施例の場合は、函体２６内にお
ける原料ガスの流れ方向に沿って張られたワイヤ電極１
５をコロナ放電電極とし、かつ、該ワイヤ電極１５が挿
通する円筒電極１６を非コロナ放電電極とする平行同軸
円筒型に形成され、各オゾン発生放電管５におけるワイ
ヤ電極１５は、前記ガス入口２側に位置した基端部が、
碍管１８、３３を挿通した前記パルス高圧電源６の一方
の電極１９に電気接続されている。前記碍管１８は、函
体２６の外壁部２８を貫通しており、碍管３３は前記仕
切壁３０を貫通している。また、前記ガス出口３側に位
置した各ワイヤ電極１５の終端部は、前記函体２６の外
壁部２８および仕切壁３１に立設された碍子２０上の終
端支持絶縁具３５に固定されている。

【００２６】また、前記函体２６における外壁部２８や
仕切壁１０、１１、３０、３１等はいずれも、導電性に
優れた金属性であり、前述した各オゾン発生放電管５の
円筒電極１６は、前記仕切壁１０、１１や外壁部を介し
て、前記パルス高圧電源６の他方の電極２３に接続され
ている。

【００２７】以上の構成をなすオゾン発生装置２５で
は、原料ガスが通過する実質的な流路断面積が低減した
分、各オゾン発生放電管５内における原料ガスの流速が
高まる。具体的には、オゾン発生放電管５内における原
料ガス流のレイノルズ数が１００００程度以上となるよ
うに、各オゾン発生放電管５内における原料ガスの平均
流速が数ｍ／ｓ〜数１０ｍ／ｓ程度にまで速くするのが
好ましく、このような原料ガスの流速が得られるよう
に、複数本のオゾン発生放電管５の直列接続による実質
的な流路断面積の低減、および、原料ガスの流量の調整
を行う。

【００２８】以上のように、オゾン発生放電管５内の原
料ガス流のレイノルズ数が１００００程度以上となるよ
うに、各オゾン発生放電管５内における原料ガスの平均
流速を数ｍ／ｓ〜数１０ｍ／ｓ程度にまで高速化する
と、各オゾン発生放電管５内の原料ガスの流れ状態は十
分に発達した乱流状態になり、原料ガスが層流状態で流
れていた従来の場合と比較して、オゾン発生放電管５内
を流れる原料ガスから前記オゾン発生放電管５の円筒電
極１６への熱伝達能力を数１０倍に高められ、オゾン発
生放電管５内における温度分布は、円筒電極１６の内周
面近傍以外のところはほぼ平坦化し、円筒電極１６の内
周面近傍に大きな温度勾配を持つようになる。

【００２９】従って、前記円筒電極１６からの放熱が盛
んになり、該円筒電極１６からの放熱によって該オゾン
発生放電管５内を流れる原料ガスの温度上昇を抑制する
ことが容易になり、冷媒により前記オゾン発生放電管５
の円筒電極１６を適宜に冷却することなどにより、オゾ
ン発生放電管５内の原料ガスに対して効果的に所望の冷
却を施すことができ、例えば、オゾン発生放電管５にお
ける放電電力密度を数１０ｋＷ／ｍ^３〜数１００ｋＷ／
ｍ^３程度という高放電電力密度まで高めた場合にも、原
料ガスの温度上昇を１０〜２０℃程度以下の許容範囲に
抑えることができる。そのため、従来と同じオゾン生成
量、オゾン生成効率でよいならば、必要な放電体積は従
来方式の場合と比較して１０分の１から１００分の１程
度に低減することができ、逆に、従来方式の場合と同じ
放電体積で運用するなら、従来の１０倍から１００倍程
度にオゾン生成量を増大させることも可能で、放電電力
密度の増大によって高効率のオゾン生成を実現でき、容
易にオゾンの生成能力や生成効率を向上させることが可
能となる。

【００３０】また、前記オゾン発生放電管５内における
原料ガスの流れ状態を乱流状態にするための原料ガスの
流速制御を、この実施例のように、前記函体２６内に装
備される複数本のオゾン発生放電管５を直列接続にして
実質的な流路断面積を低減させることによって行う構成
とした場合には、既存のオゾン発生装置の函体２６によ
り、簡単に、高放電電力密度で高効率のオゾン発生を行
うことが可能になり、更に、原料ガス流から見た放電空
間の代表長さが増大して、これによっても、オゾン発生
効率の向上が期待できる。

【００３１】なお、この実施例では、複数本のオゾン発
生放電管５の直列接続を、函体２６内を区画する仕切壁
３０、３１によって行うこととしたが、各オゾン発生放
電管５の円筒電極１６をＵ字管等で直接連通させる構造
としても良い。しかし、前記オゾン発生放電管内におけ
る原料ガスの流れ状態を乱流状態にするための原料ガス
の流速制御は、この実施例のように、オゾン発生放電管
５相互を直列接続する方式に限定するものではない。単
純に原料ガスの函体２６への供給量を制御したり、ある
いは、図２に示すように、函体２６の内容積や供給する
原料ガスの流量等を図３に示した従来の函体４と同様の
ものにしながら、函体２６内に並列に装備されるオゾン
発生放電管５の本数を、例えば３本から２本に減らすこ
とで、実質的な流路断面積を低減させるようにしてもよ
い。また、オゾン発生放電管５の構造も、これらの実施
例に示した平行同軸円筒型のパルスストリーマコロナ放
電管に限定するものではなく、公知の種々の構造のもの
を採用することが可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明のオゾン発生装置によれば、オゾ
ン発生放電管内の原料ガスの流れ状態は乱流状態とさ
れ、原料ガスが層流状態で流れていた従来の場合と比較
して、オゾン発生放電管内を流れる原料ガスから前記オ
ゾン発生放電管への熱伝達能力を数１０倍に高められ
る。従って、前記オゾン発生放電管からの放熱が盛んに
なり、前記オゾン発生放電管からの放熱によって前記オ
ゾン発生放電管内を流れる原料ガスの温度上昇を制御す
ることが容易になり、例えば、冷媒により前記オゾン発
生放電管を適宜に冷却することなどにより、オゾン発生
放電管内の原料ガスに対して効果的に所望の冷却を施す
ことができ、放電電力密度を高めた場合にも原料ガスの
温度上昇を許容範囲に抑えて、放電電力密度の増大によ
って高効率のオゾン生成を実現でき、容易にオゾンの生
成能力や生成効率を向上させることが可能になる。

【００３３】そして、前記オゾン発生放電管としては、
ワイヤ電極をコロナ放電電極とし、かつ、該ワイヤ電極
が挿通する円筒電極を非コロナ放電電極とする同軸円筒
型のパルスストリーマコロナ放電管を使用することも可
能である。そして、前記オゾン発生放電管内における原
料ガスの流れ状態を乱流状態にするための原料ガスの流
速制御を、前記函体内に並列に装備されるオゾン発生放
電管の本数を減らして実質的な流路断面積を低減させる
ことによって行う構成とした場合、あるいは、前記函体
内に装備される複数本のオゾン発生放電管を直列接続に
して実質的な流路断面積を低減させることによって行う
構成とした場合には、既存のオゾン発生装置に対して最
小限の改良を加えるだけで、本発明の作用効果を享受す
ることが可能になり、安価に、高放電電力密度で高効率
のオゾン発生を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るオゾン発生装置の一実施例の概略
構成図である。

【図２】本発明に係るオゾン発生装置の他の実施例の概
略構成図である。

【図３】従来のオゾン発生装置の概略構成図である。

【符号の説明】

２ガス入口３ガス出口５オゾン発生放電管６パルス高圧電源８冷媒入口９冷媒出口１０，１１，３０，３１仕切壁１３冷媒通路１５ワイヤ電極１６円筒電極１８，３３碍管２０碍子２３電極２５オゾン発生装置２６函体２８外壁部３５ワイヤ終端支持絶縁具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料ガスである乾燥した空気又は酸素を
導入するためのガス入口と生成オゾンを含むオゾン化ガ
スを外部に供給するためのガス出口とを有する函体と、
前記函体内において前記函体内における原料ガスの流れ
方向に沿って装備されるパルスストリーマコロナ放電に
よるオゾン発生放電管とを備え、かつ、前記オゾン発生
放電管内における原料ガスの流れ状態が乱流状態になる
ように、前記原料ガスの流速を制御するようにしたオゾ
ン発生装置。
【請求項２】前記函体には、前記函体内に装備された
前記オゾン発生放電管を冷却するための冷媒を流す冷媒
通路が装備されていることを特徴とする請求項１記載の
オゾン発生装置。
【請求項３】前記パルスストリーマコロナ放電による
オゾン発生放電管は、ワイヤ電極をコロナ放電電極と
し、かつ、該ワイヤ電極が挿通する円筒電極を非コロナ
放電電極とする同軸円筒型としたことを特徴とする請求
項１又は２に記載のオゾン発生装置。
【請求項４】前記オゾン発生放電管内における原料ガ
スの流れ状態を乱流状態にするための原料ガスの流速制
御は、前記函体内に並列に装備されるオゾン発生放電管
の本数を減らして実質的な流路断面積を低減させること
によって行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
かに記載のオゾン発生装置。
【請求項５】前記オゾン発生放電管内における原料ガ
スの流れ状態を乱流状態にするための原料ガスの流速制
御は、前記函体内に装備される複数本のオゾン発生放電
管を直列接続にして実質的な流路断面積を低減させるこ
とによって行うことを特徴とする請求項１乃至３のいず
れかに記載のオゾン発生装置。