JPH09235106A - オゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オゾンを発生させるための電力などのエネル
ギーの消費の増加を伴うことなく、オゾンを効率よく発
生させることができるようにする。 【解決手段】 陽極４と陰極（冷却水用通路１４，１
５）がそれらの間に放電空間５が形成されるように相対
向して配置され、上記陰極の一方の放電空間５側の面に
はセラミックの誘電体層３１，３２が形成されているオ
ゾナイザー１において、放電空間５にほぼ均等に磁界を
発生させる手段として、永久磁石６がフレーム１１，１
２の外側に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、オゾン発生装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、オゾン発生装置（オゾナイザー）
として、陽極と陰極とがそれぞれ少なくとも１つそれら
の間に放電空間が形成されるように相対向して配置さ
れ、この放電空間に酸素、空気などを流すことによりオ
ゾンを発生させるようにしたものが知られている。そし
て金属あるいは金属酸化物を陽極としたオゾナイザーの
場合、均一な放電を発生させるためにセラミックの誘電
体層を陽極表面との間に所定の間隔をもって対向配置
し、この誘電体層を介して数ｋＶの電圧を印加するよう
にしている。

【０００３】従来のオゾナイザーは、放電形態として以
下の３つのものが知られている。

【０００４】無声放電式：低圧側電極と高圧側電極の
間にガラスなどの誘電体を介在させ、この低圧側電極と
高圧側電極との間に高周波高電圧を印加して放電させ
る。誘電体表面では電流が流れないため、セラミック全
面で均一な放電を発生させることができる。この放電空
間に原料となる酸素あるいは空気を供給することにより
オゾンを発生させるようにしたタイプ。

【０００５】縁面放電式：高純度のアルミナ製誘電体
の内部に電極を埋設するとともに、表面に細線状の複数
の電極を塗布して形成し、誘電体の内部電極と表面の電
極との間に高電圧を印加して表面電極の周囲に電場を発
生させる。この電場によって誘電体表面の偶存電子を加
速し、放電を発生させて、ここに酸素あるいは空気を通
すことによりオゾンを発生させるようにしたタイプ。

【０００６】金属細線を充填したタイプ：棒状の金属
陽極とそれを囲む円筒状の金属陰極との間にガラス容器
を設置し、このガラス容器と金属陽極との間の空間に細
線を充填した構造である。この金属細線に高電圧を印加
して細線の周囲に放電を発生させた状態でここに酸素あ
るいは空気を通すことによりオゾンを発生させるように
したタイプ。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】オゾナイザーの性能を
決定する重要な要件の１つとして、放電状態がある。放
電状態を変化させるためには、以下のような様々な手法
がある。

【０００８】印加する高電圧のピーク電圧を変化させ
る。

【０００９】印加する高電圧の周波数を変化させる 印加する高電圧の波形を変化させる。

【００１０】放電部の圧力を変化させる。

【００１１】上記の高電圧のピーク電圧を変化させる
手法では、電圧の増加に伴い消費電力も増加する。

【００１２】上記の高電圧の周波数を変化させる手法
でも、周波数を上げるにしたがって電力増加を伴う。

【００１３】上記の高電圧の波形を変化させる手法で
は、ある程度までは消費電力は一定であるが、オゾン濃
度を増加させることができる限界がある。

【００１４】上記の放電部の圧力を変化させる手法で
は、放電部の消費電力はある限られた範囲の圧力ではあ
まり変化しないが、酸素あるいは空気の供給側であるコ
ンプレッサなどの動力が直ちに上昇するために全体とし
ての消費電力は上昇する。

【００１５】このように従来の手法ではそれぞれ上記の
ような欠点があり、このためオゾナイザーの利用分野に
おいて最も期待されている水処理において、未だ利用が
進まない。その理由はオゾン発生効率（全設備動力／オ
ゾン発生量）が高いということにあり、これの解決が望
まれている。

【００１６】この発明は、このような従来の課題を解決
するためになされたものであり、オゾンを発生させるた
めの電力などのエネルギーの消費の増加を伴うことな
く、オゾンを効率よく発生させることができるオゾン発
生装置を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、電極
間に放電空間が形成され、この放電空間にはセラミック
の誘電体層が配置されているオゾナイザーにおいて、放
電空間にほぼ均等に磁界を発生させる手段が設けられて
いるものである。

【００１８】この発明では、放電空間に磁場を発生させ
る手段により、最適運転状態の圧力になるように磁場を
印加することにより、オゾンを効率よく発生させること
ができる。

【００１９】請求項２の発明は、上記磁界を発生させる
手段を永久磁石で構成したものである。

【００２０】この発明では、磁場を発生させる手段とし
て永久磁石を採用することにより、上記作用効果を簡単
な構成で達成することができる。

【００２１】請求項３の発明は、上記磁界を発生させる
手段を電磁コイルで構成したものである。

【００２２】この発明では、磁界の調整を容易に行なう
ことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１において、オゾナイザー１は
一対の平板状のフレーム１１，１２と、それらにそれぞ
れ取付けられたセラミックからなる誘電体層３１，３２
と、この誘電体層３１，３２間に配置された陽極４とを
備えている。上記フレーム１１，１２は互いに対向して
配置され、これらの相対向する面にはその周縁部にシー
ル材１３が介在されることにより上記誘電体層３１，３
２が取付けられてこの誘電体層３１とフレーム１１との
間、および誘電体層３２とフレーム１２との間に冷却水
用通路１４，１５がそれぞれ形成されている。図１のオ
ゾナイザーの例では、この冷却水用通路１４，１５を通
る冷却水が陰極として利用される。勿論、公知のように
金属板で陰極を構成してもよい。またフレーム１１，１
２の周縁部間には誘電体層３１，３２を囲むようにスペ
ーサ１６が介在されて誘電体層３１と３２とが互いに所
定の間隔を保つように保持され、スペーサ１６には一方
の側に原料ガス供給管５１が取付けられ、他方の側には
オゾンガス取り出し管５２が取付けられている。

【００２４】陽極４は両表面に凹凸部を有しており、そ
の凸部が誘電体層３１，３２に接している。陽極４と陰
極（冷却水）との間に形成される放電空間５は、図１の
オゾナイザーの場合、放電空間５内に配置される誘電体
層３１，３２が陽極４の凸部と陰極とに接しているた
め、実質上陽極４の凹部のみに存在することとなる。な
お、この凹部は陽極４両端間で原料ガスおよびオゾンガ
スが流通可能に連続して形成されていることは当然であ
る。

【００２５】この陽極４と冷却水用通路１４，１５とに
は電源４０が接続されている。また上記フレーム１１，
１２の外側には永久磁石６が配置され、これによって放
電空間５に全面的に均一に磁界が印加されるようにして
いる。

【００２６】図２はこの発明の別の実施形態を示し、上
記同様のオゾナイザー１の周囲に電磁コイル７が巻きつ
けられ、この電磁コイル７に通電することにより放電空
間５に全面的に磁界を印加するようにしている。

【００２７】上記構成において、陽極４と陰極（冷却水
用通路１４，１５）との間に電圧を印加すると、放電空
間５に全面的に放電がなされ、ここを通過する原料ガス
がオゾン化される。また同時に永久磁石６あるいは電磁
コイル７によって放電空間５に全面的に磁界が印加さ
れ、これによってオゾン発生状態の調整を行なうように
している。

【００２８】オゾンの発生過程は酸素分子と電子の衝突
回数に大きく支配される。電界に対して平行に磁界を印
加する場合には磁界の影響は全く受けないが、電界と磁
界がある角度をなしている場合には、下式を満たすよう
に電子が影響を受ける。

【００２９】 ｍ（ｄＶｘ／ｄｔ）＝ｅ（Ｅｘ＋ＶｙＢ）−ｍｋＶｘ………………（１） ｍ（ｄＶｙ／ｄｔ）＝ｅ（Ｅｙ＋ＶｘＢ）−ｍｋＶｙ………………（２） 但し、Ｖｘ，Ｖｙはオゾナイザーの誘電体層の表面に平
行な面における位置を決定するＸ軸、Ｙ軸の各方向の電
子の速度成分、Ｅｘ，ＥｙはＸ軸，Ｙ軸の各方向の電界
の成分、Ｂは上記平行な面に垂直な方向の磁場の成分、
ｋは電子の中性分子との衝突頻度、ｍは電子の質量、ｅ
は素電荷であってこのｅおよびｍはいずれも定数表で定
められている定数である。

【００３０】上記ｋはオゾナイザー内部の圧力Ｐに依存
していることから、上記（１）（２）の式より磁界を放
電空間に印加することによって下式に示すようになる。

【００３１】 Ｐ’＝Ｐ×√｛１＋（ｅＢ／ｍｋ）²｝ ………………………………（３） 但し、Ｐ’は等価圧力、すなわち実際にかかっている圧
力ではなく、見かけ上のオゾナイザーの内部圧力であ
り、この圧力Ｐ’によってオゾナイザーの放電状態が定
まる。

【００３２】オゾンは通常は水に溶解させて使用する。
そのためオゾナイザーの出口側に水とオゾンを反応させ
るために、散気塔（通常、４〜５ｍ程度の高さの水槽で
その底部からガスを注入するようにした機器）などを取
付ける。そのため散気塔内の水位によりオゾナイザー内
部の圧力（Ｐ）が変化してしまうことになり、これによ
ってオゾナイザーの効率も変化してしまう。

【００３３】そこでこの発明では、この圧力（Ｐ）の変
動が生じた場合でも、磁場（Ｂ）をコントロールするこ
とによりオゾナイザーの最適運転圧力となる等価圧力
（Ｐ’）を最適運転圧力に変化させることができるよう
にしている。例えば、最適運転圧力が１．３（ｋｇｆ／
ｃｍ²）の場合、散気塔の水位によりオゾナイザー内部
圧力（Ｐ）が１．１（ｋｇｆ／ｃｍ²）となっていたと
すると、オゾナイザー内部の放電状態を決定する等価圧
力Ｐ’は以下のようになる。

【００３４】 Ｐ’＝１．１×√｛１＋（ｅＢ／ｍｋ）²｝ 上記式において、磁場がない場合（従来の装置の場合）
はＢ＝０であるから、Ｐ’＝１．１となり、効率の悪い
状態で運転が行なわれることになる。

【００３５】これに対し、この発明ではＰ’を最適運転
状態の圧力１．３（ｋｇｆ／ｃｍ²）になるように磁場
Ｂを印加すればよく、これによって効率のよい運転を行
なうことができる。上記のようにして磁場を印加した場
合と、磁場がない場合との比較をすると、図３に示すよ
うに磁場を印加した場合は＊印、磁場がない場合は△印
に示すようになり、印加電圧に関係なく磁場を印加した
場合の方がオゾン濃度が高くなることが示されている。
この場合、放電電力、酸素供給側のシステムあるいは冷
却設備などの電力はなんら変化しない。

【００３６】なお、図２の構成の場合、コイルの巻数ｎ
と電流ｉとは以下のようにして定めればよい。すなわ
ち、空気中における透磁率をｕ、コイル７の単位長さ当
たりの巻数をｎ、電流をｉ、係数（長岡係数）をＬとす
ると、電磁コイル７内に発生する磁場は下式に示すよう
になり、この式を満たすようにコイルの巻数ｎおよび電
流ｉを決定すればよい。

【００３７】Ｂ＝μｕｉ×Ｌ なお、オゾナイザーの装置構成は上記実施形態のものに
限られるものではなく、その他の構成のものにも適用す
ることができる。

【００３８】

【発明の効果】この発明では、放電空間に磁場を発生さ
せる手段により、最適運転状態の圧力になるように磁場
を印加することにより、オゾンを効率よく発生させるこ
とができる。また磁場を発生させる手段として永久磁石
を採用することにより上記作用効果を簡単な構成で達成
することができる。さらに磁場を発生させる手段として
電磁コイルを採用することにより、磁界の調整を容易に
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態を示すオゾナイザーの断面
説明図である。

【図２】この発明の他の実施形態を示すオゾナイザーの
斜視説明図である。

【図３】この発明の装置によるオゾン発生効率の従来装
置との比較表である。

【符号の説明】

１ オゾナイザー ４ 陽極 ５ 放電空間 ６ 永久磁石 ７ 電磁コイル ３１，３２ 誘電体層

フロントページの続き (72)発明者 谷岡 隆 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極間に放電空間が形成され、この放電
   空間にはセラミックの誘電体層が配置されているオゾナ
   イザーにおいて、放電空間にほぼ均等に磁界を発生させ
   る手段が設けられていることを特徴とするオゾン発生装
   置。
2. 【請求項２】 上記磁界を発生させる手段は永久磁石で
   あることを特徴とする請求項１記載のオゾン発生装置。
3. 【請求項３】 上記磁界を発生させる手段は電磁コイル
   であることを特徴とする請求項１記載のオゾン発生装
   置。