JPH11209105A - オゾン発生装置 - Google Patents

オゾン発生装置

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JPH11209105A
JPH11209105A JP1218798A JP1218798A JPH11209105A JP H11209105 A JPH11209105 A JP H11209105A JP 1218798 A JP1218798 A JP 1218798A JP 1218798 A JP1218798 A JP 1218798A JP H11209105 A JPH11209105 A JP H11209105A
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JP
Japan
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ozone
electrode
voltage
ozone generator
ground electrode
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Application number
JP1218798A
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English (en)
Inventor
Masahiko Ieda
正彦 家田
Michio Nishino
民智夫 西野
Kaoru Kitakizaki
薫 北寄崎
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空隙部17を介して対向配設された高圧側電
極8および接地側電極16間に、インパルス電源9から
急峻で且つパルス幅の短い急峻・短パルス電圧を印加
し、前記空隙部17内に流通させた原料ガス中にオゾン
を発生させるオゾン発生装置において、放電管の電極径
を小型化して放電空間の冷却性を高め、これによってオ
ゾンの熱分解を抑止し高濃度オゾンの生成を可能とす
る。 【解決手段】 接地側電極16をガラス等の誘電体で構
成する。またインパルス電源9の電圧は、高圧側電極8
と、接地側電極16を冷却するための冷却水10の間に
印加し、冷却水10をアース側電極として利用する。こ
の構成によれば、放電電流の集中が抑制されアーク放電
への移行が防止されるため、接地側電極16の径を小さ
くすることができる。また放電空間の冷却性が高められ
るので、オゾンの熱分解が抑止され濃度の高いオゾンを
生成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水処理や屎尿処理
等に利用されるオゾン発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】オゾンは極めて強い酸化力を有し、殺
菌、脱臭、脱色等の上下水処理や屎尿処理などに利用さ
れている。工業的には高濃度で大量のオゾンが要求され
るため、現在は無声放電式による生成が最も広く用いら
れている。その原理は、原料ガス(空気または酸素)か
ら電気化学的にオゾンを生成するものであり、図6に示
すように、空隙に対向する誘電体電極(片側金属極でも
可)にACまたは高周波の高電圧を印加した際に生ずる
微小放電柱の集合体(無声放電)をオゾン生成に利用し
ている。
【0003】図6において高電圧電極1と接地電極2
は、両者間に空隙部(放電ギャップ)3が形成されるよ
うに誘電体4を介在させて並設されている。5は前記電
極1,2間に、例えばAC電圧を印加する交流電源であ
り、空隙部3で無声放電を発生させ、原料ガス(空気ま
たは酸素)をこの空隙部3に通すことによりオゾンを発
生させている。
【0004】前記無声放電式は工業的に利用されている
最も有効な方法であるが、それでもオゾン生成効率が悪
く、オゾンのコストを押し上げている。単位オゾンを得
るに必要な電力(放電消費電力)は、理論値が1.2k
Wh/kgO3であるのに対して、現状は14kWh/
kgO3程度必要であり、電力の数%がオゾン生成に使
われているに過ぎず、電力の大部分は排熱に消えてい
る。
【0005】オゾン生成効率は、反応空間における放電
エネルギー、放電の形状、温度、圧力に大きく依存する
ので、(1)電極及び誘電体の形状、(2)印加電圧及
び周波数、(3)反応空間の冷却を最適化する工夫が、
従来から行われてきている。しかしながら飛躍的な放電
消費電力の向上は見られていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】近年、立ち上がりが急
峻で持続時間の短いパルスをオゾン発生器に供給するパ
ルス・パワー電源を用いた新方式のオゾン発生装置が提
案されている。このパルスは、例えば 立ち上がり時間:100nsec パルス幅:300nsec パルス数:1000pps(puls per sec
ond) のパルスを用いる。このようにオゾン発生器にインパル
スを印加すると、放電空間に均一な非平衡プラズマ放電
が形成される。
【0007】工業的に要求される高濃度オゾンを得るた
めには、オゾンの生成を増すと同時に分解を減らして平
衡状態でのオゾン濃度を引き上げる必要がある。オゾン
生成には、第一反応として酸素分子を解離してO原子を
生成する必要があり、それに十分なエネルギーの電子が
まず必要である。続いてO原子からオゾンを生成する反
応と生成されたオゾンが再び分解する反応は同時に進行
するが、ともに温度依存性を持った反応である。そして
温度が低い方が、化学平衡がオゾン生成側に傾くので高
濃度オゾンが生成できる。つまりガス温度が低いことが
必要である。
【0008】このような条件を満たすのが非平衡プラズ
マである。非平衡プラズマでは、質量の小さい電子のみ
が電界から高エネルギーを得ている(電子温度が高い)
が、分子・イオンは電界の急激な変化を追随できないた
め低エネルギー(ガス温度が低い)の状態にある。した
がって非平衡プラズマを利用することで、効率良くオゾ
ンを生成できる。
【0009】従来の無声放電式も非平衡プラズマを利用
しているのであるが、無声放電は微小ストリーマ放電の
集合であるので、電子密度が均一ではない。そのためエ
ネルギーが注入されているスポットでは、O原子生成に
必要な電子密度が集中しているが、同時にガス温度もス
ポット的に高くなっているため、化学平衡がオゾン生成
に大きく傾きにくい。そのため全体としてのオゾン生成
効率が向上しない。
【0010】パルス・パワーを使った放電は反応空間に
均一に起こり、ガス温度の高いスポットは存在しないの
で、非平衡プラズマの特性を有効に利用することができ
る。そのため放電消費電力を低く押さえることができ
る。
【0011】前記パルス・パワーを使ったオゾナイザに
は、例えば図7の装置のようにコロナ放電を利用するこ
とが多い。図7において6は円筒型の接地側電極(金属
製)であり、該電極6の同軸内周には空隙部7を介して
高圧側電極8(金属製)が配設されている。9は立ち上
がりが急峻で持続時間の短いパルスを前記電極6,8間
に印加するインパルス電源である。
【0012】しかし図7のようなタイプの電極構造で
は、電極間の距離(放電ギャップ長)を小さくすると放
電電流が集中し、アークに移行し易くなる。このためア
ークの発生を抑えて非平衡プラズマを安定に生成するた
めに、概して接地側電極6の径が大きくなり、反応容器
が大型化してしまう。これではオゾン生成が集中する高
圧側電極8周辺の空間の冷却が難しい。
【0013】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
その目的は、放電管の電極径を小型化して放電空間の冷
却性を高め、これによってオゾンの熱分解を抑止し高濃
度オゾンを生成することができるオゾン発生装置を提供
することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、放電ギャップ
を介して対向配設された高圧電極および接地電極間に、
急峻で且つパルス幅の短い急峻・短パルス電圧をパルス
印加電源から印加し、前記放電ギャップ内に流通させた
原料ガス中にオゾンを発生させるオゾン発生装置におい
て、(1)前記接地電極を誘電体で構成するとともに、
該接地電極と前記パルス印加電源とのアース導通をとる
ために前記接地電極に接触する冷却水を用いたことを特
徴とし、(2)前記接地電極を、誘電体と該誘電体の前
記放電ギャップとは反対側に対向する面に設けられた導
電性部材とで構成し、前記高圧電極および導電性部材間
に、前記急峻・短パルス電圧を印加することを特徴と
し、(3)前記導電性部材は金属体から成ることを特徴
とし、(4)前記誘電体はガラス又はセラミックから成
ることを特徴とし、(5)前記誘電体は、前記金属体の
前記放電ギャップに対向する面にガラスコーティングを
施して構成されていることを特徴とし、(6)前記導電
性部材は導電性ペースト又は導電性塗料から成ることを
特徴とし、(7)前記高圧電極および接地電極は各々同
軸円筒構造に構成されていることを特徴とし、(8)前
記誘電体はアルミナ等のセラミックから成ることを特徴
とし、(9)前記導電性部材はアルミ等の蒸着体から成
ることを特徴とし、(10)前記導電性部材はステンレ
スから成ることを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。 (1)実施の形態1 接地極にガラス等の誘電体を用い
た構造 請求項1、3、10に記載の発明では、図1に示すよう
に円筒型の接地側電極16をガラス等の誘電体で構成し
た。また電源とのアースの導通は、接地側電極16を冷
却するための冷却水10が電極を兼用している。すなわ
ちインパルス電源9の電圧は、高圧側電極8と冷却水1
0の間に印加される。尚図中17は空隙部である。
【0016】図1のように構成することにより、放電電
流の集中を抑制してアーク放電への移行を防止すること
ができる。したがって接地側電極16の径は、従来の例
えば図7の装置の接地側電極6の径よりも大幅に小さく
することができる。このため放電管を収納するためのオ
ゾン発生容器を小型に構成することができる。また放電
空間の冷却性が高められるので、オゾンの熱分解が抑止
され濃度の高いオゾンを生成することができる。
【0017】(2)実施の形態2 誘電体の外側に導電
性塗料を塗布した構造 請求項2、3、6、10に記載の発明では接地性を高め
るため、図2に示すように接地側電極16の外周面、す
なわち誘電体外側表面に均一に導電性のペーストまたは
導電性塗料21を塗布した。また導電性塗料21と本体
アースを接触させて導通を確保した。すなわちインパル
ス電源9の電圧は、高圧側電極8と導電性塗料21の間
に印加される。
【0018】図2のように構成することにより、図1の
場合と同様に放電電流の集中が抑制されアーク放電への
移行が防止される。このため図1の構成と同様に接地側
電極16の径を小さくすることができ、また放電空間の
冷却性が高められるので、オゾンの熱分解が抑止され濃
度の高いオゾンを生成することができる。
【0019】(3)実施の形態3 金属接地極の内側に
ガラス等の誘電体を挿入した構造 前記実施の形態1、2において誘電体としてガラスを用
いると、破損しないよう支持する必要があり、その支持
法が難しい。そこで請求項2、3、8、10に記載の発
明では、図3に示すように、金属円筒管(金属接地極)
36の内周に、前記図1、図2の接地側電極16と同様
に円筒型に形成されたガラス誘電体から成る接地側電極
26を挿入した。
【0020】このように金属円筒管(金属接地極)36
を使用することにより、ガラス誘電体ではなく、この金
属円筒管36をスペーサ等により支持することができる
ため、ガラス誘電体から成る接地側電極26を破損する
恐れが無くなる。
【0021】図3のように構成することにより、図1、
図2の場合と同様に放電電流の集中が抑制されアーク放
電への移行が防止される。このため図1、図2の構成と
同様に接地側電極26の径を小さくすることができ、ま
た放電空間の冷却性が高められるので、オゾンの熱分解
が抑止され濃度の高いオゾンを生成することができる。
【0022】
【実施例】前記実施の形態1、2における誘電体は、ガ
ラスに限らずアルミナ等のセラミックを用いても良い。
このように誘電体としてセラミックを用いると、前記ガ
ラスの場合のような破損の問題は生じない。尚誘電体と
してガラスを用いるとコスト的には最も安価となる。
【0023】また前記実施の形態2において、導電性塗
料を塗布する代わりに、誘電体外表面にアルミ等を蒸着
しても良い。
【0024】また前記実施の形態3において、金属円筒
管(金属接地極)36に用いる材料としては、導電性が
あり耐食性の良いステンレスが最も適している。
【0025】また前記実施の形態3において、金属円筒
管(金属接地極)36の内周にガラス誘電体から成る接
地側電極26を挿入する代わりに、金属円筒管36の内
周面にガラスコーティングを施しても良い。
【0026】
【発明の効果】本発明のようにガラス等の誘電体を接地
電極として用いると、例えばコロナ放電電極の構造(同
軸円筒構造)を持つオゾン発生器において、電極間の距
離(ギャップ長)を小さくしても図4に示すようにアー
クに移行し難くなる。
【0027】図4はオゾン濃度比と印加電圧比の関係を
示しており、この図から本発明の電極のほうが従来の電
極に比べてアークに移行し難いのがわかる。
【0028】また高電圧極近傍の電界が強くなるので、
従来型よりも低い印加電圧でオゾンが生成できる。
【0029】また冷却性が向上するので、放電空間の温
度上昇も抑えることができ、オゾンの熱分解を抑止し
て、より高濃度なオゾンを生成することができる。
【0030】また生成オゾン濃度比と放電消費電力比の
関係は、図5のようになる。図5の特性曲線は、それぞ
れオゾン濃度に対する放電消費電力を、従来型オゾン発
生器の運転条件を1.0にして規格化して表している。
この特性図によれば、本発明を利用することにより、従
来型に比べて10%高濃度のオゾンを90%の電力で生
成できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す要部構成図。
【図2】本発明の他の実施例を示す要部構成図。
【図3】本発明の他の実施例を示す要部構成図。
【図4】生成オゾン濃度比と印加電圧比の関係を表す特
性図。
【図5】放電消費電力比と生成オゾン濃度比の関係を表
す特性図。
【図6】無声放電法によるオゾン生成の原理を示す説明
図。
【図7】従来のオゾン発生装置の一例を示す要部構成
図。
【符号の説明】
8…高圧側電極 9…インパルス電源 10…冷却水 16,26…接地側電極 17…空隙部 21…導電性塗料 36…金属円筒管

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放電ギャップを介して対向配設された高
    圧電極および接地電極間に、急峻で且つパルス幅の短い
    急峻・短パルス電圧をパルス印加電源から印加し、前記
    放電ギャップ内に流通させた原料ガス中にオゾンを発生
    させるオゾン発生装置において、 前記接地電極を誘電体で構成するとともに、該接地電極
    と前記パルス印加電源とのアース導通をとるために前記
    接地電極に接触する冷却水を用いたことを特徴とするオ
    ゾン発生装置。
  2. 【請求項2】 放電ギャップを介して対向配設された高
    圧電極および接地電極間に、急峻で且つパルス幅の短い
    急峻・短パルス電圧を印加し、前記放電ギャップ内に流
    通させた原料ガス中にオゾンを発生させるオゾン発生装
    置において、 前記接地電極を、誘電体と該誘電体の前記放電ギャップ
    とは反対側に対向する面に設けられた導電性部材とで構
    成し、前記高圧電極および導電性部材間に、前記急峻・
    短パルス電圧を印加することを特徴とするオゾン発生装
    置。
  3. 【請求項3】 前記導電性部材は金属体から成ることを
    特徴とする請求項2に記載のオゾン発生装置。
  4. 【請求項4】 前記誘電体はガラス又はセラミックから
    成ることを特徴とする請求項1又は2又は3に記載のオ
    ゾン発生装置。
  5. 【請求項5】 前記誘電体は、前記金属体の前記放電ギ
    ャップに対向する面にガラスコーティングを施して構成
    されていることを特徴とする請求項3に記載のオゾン発
    生装置。
  6. 【請求項6】 前記導電性部材は導電性ペースト又は導
    電性塗料から成ることを特徴とする請求項2又は4に記
    載のオゾン発生装置。
  7. 【請求項7】 前記高圧電極および接地電極は各々同軸
    円筒構造に構成されていることを特徴とする請求項1又
    は2又は3又は4又は5又は6に記載のオゾン発生装
    置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6599486B1 (en) 2000-09-15 2003-07-29 Ozonator, Ltd. Modular ozone generator system
US6726885B2 (en) 1999-03-05 2004-04-27 Ozonator Limited Ozone generator and a method for generation of ozone
CN100335404C (zh) * 2005-09-20 2007-09-05 江苏大学 一种发生臭氧的放电管元件
JP2009102177A (ja) * 2007-10-19 2009-05-14 Metawater Co Ltd オゾン発生電極及びオゾン発生装置
CN106115628A (zh) * 2016-06-24 2016-11-16 袁野 高压电弧臭氧机

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