JPH11246203A - オゾン発生方法 - Google Patents

オゾン発生方法

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JPH11246203A
JPH11246203A JP7318998A JP7318998A JPH11246203A JP H11246203 A JPH11246203 A JP H11246203A JP 7318998 A JP7318998 A JP 7318998A JP 7318998 A JP7318998 A JP 7318998A JP H11246203 A JPH11246203 A JP H11246203A
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健太 内藤
Kouichi Naeshiro
晃一 苗代
Shigeru Kato
茂 加藤
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Nissin Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルスストリーマコロナ放電方式のオゾン発
生装置において、ことさら印加パルス電圧のパルス幅を
短縮化しなくても、ストリーマ放電に後続する過渡グロ
ー放電を抑制して、オゾン生成効率を向上させることの
できるオゾン発生方法を提供する。 【解決手段】 オゾン発生時に、オゾン発生器2の電極
4、6間の原料ガス14の圧力を絶対圧で2気圧以上に
する。

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、例えば液体等の
物質の殺菌、酸化、脱色、脱臭等に用いられる、パルス
ストリーマコロナ放電方式のオゾン発生装置におけるオ
ゾン発生方法に関し、より具体的には、ストリーマ放電
に後続する過渡グロー放電を抑制してオゾン生成効率を
高くする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】パルスストリーマコロナ放電方式のオゾ
ン発生装置では、著しい不平等電界を発生できる相対向
した電極を備えたオゾン発生器に、酸素を含む原料ガス
を導入し、対向電極間に高速立ち上がりの高電圧のパル
ス電圧を印加することによって、酸素を含む原料ガス中
にストリーマ放電(詳しくは、ストリーマコロナ放電。
以下同じ)を発生させ、このストリーマ放電による放電
プラズマ中で生成される酸素原子ラジカルからオゾンが
生成される。
【0003】このようなオゾン発生装置の一例を図1に
示す。このオゾン発生装置は、円筒電極4の中心軸上に
ワイヤ電極6を配置した同軸円筒放電管状のオゾン発生
器2を有しており、このオゾン発生器2の一端側から、
酸素を含む原料ガス14を原料ガス源12から供給する
と共に、内外の電極4、6間にパルス電源18からパル
ス電圧VP を印加する構成をしている。これによって、
ワイヤ電極6から円筒電極4に向けてストリーマ放電1
0が進展して放電プラズマが生成され、それによってオ
ゾンが生成され、オゾン発生器2の他端側からオゾン含
有ガス16が取り出される。
【0004】なお、これと同様の原理に基づくオゾン発
生装置の一例が特公平3−64443号公報に開示され
ている。
【0005】この種のオゾン発生装置においては、一般
的に、放電プラズマ中の換算電界強度E/N(Eは電
界、Nはガス粒子密度)が高いほど、オゾン生成に好適
となる。高速立ち上がりのパルス電圧VP を印加する
と、電極4、6間に強力なストリーマ放電が形成され
る。ストリーマ放電では空間電荷密度が著しく偏在した
形態となり、その空間電荷による空間電界によって著し
く強い換算電界が局所的に形成され、これが電極4、6
間を進展する。このように著しく強い換算電界強度を持
ったストリーマ放電を利用することによって、オゾンを
高効率に生成することができるというのが、パルススト
リーマコロナ放電方式のオゾン発生装置の特徴である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ストリーマ放電は急峻
な電圧変化の部分に発生するので、パルスストリーマコ
ロナ放電方式のオゾン発生装置では、一般的に、ストリ
ーマ放電は印加パルス電圧VP の立上り部分にのみ形成
される。その持続時間は高々数十nsである。印加パル
ス電圧VP のパルス幅がストリーマ放電の持続時間より
も長いと、ストリーマ放電に後続して過渡グロー放電が
形成される。対向電極4、6間に印加されるパルス電圧
P によって電極4、6間に生じた著しい不平等電界
は、先行ストリーマ放電による空間電荷の再配置によっ
て緩和されるため、過渡グロー放電プラズマにおける換
算電界強度E/Nは低い。このため、過渡グロー放電に
おけるオゾン生成効率はストリーマ放電における場合よ
りも低く、過渡グロー放電が十分に抑制できないとオゾ
ン生成効率が低下する。
【0007】従来のオゾン発生装置においてオゾン発生
器2の電極4、6間に導入される原料ガス14のガス圧
(絶対圧。以下同じ)はほぼ1気圧(大気圧)である
が、この圧力条件下で観測される放電電流IP のパルス
幅は、短くても約150ns程度もあり、上記のストリ
ーマ持続時間(数十ns)よりも遙かに長い。つまり従
来は、過渡グロー放電による電力投入が抑制できておら
ず、このためオゾン生成効率が良くなかった。
【0008】印加パルス電圧VP のパルス幅をストリー
マ放電の持続時間程度以下に抑制できれば過渡グロー放
電は抑制できるけれども、実用的な装置において印加パ
ルス電圧VP のパルス幅を数十ns程度以下にすること
は困難である。これは、オゾン発生器2は等価回路的に
はCRの並列回路と見ることができ(Cは電極4、6間
の静電容量、Rは放電による抵抗)、しかもこのCおよ
びRがかなり大きくて時定数がかなり大きく、このよう
なCR並列回路がパルス電源18に並列に接続された形
になっているので、パルス電源18からいくら短パルス
のパルス電圧VP を印加しようとしても、このCR並列
回路の時定数で決まる時間以下にパルス幅を短くするこ
とは困難だからである。また、仮に、電極4、6間に抵
抗器を並列接続して回路全体の合成抵抗値を無理に小さ
くしようとしても、上記抵抗器で電力損失が発生するの
で、オゾン生成効率を上げることはできない。
【0009】そこでこの発明は、ことさら印加パルス電
圧のパルス幅を短縮化しなくても、ストリーマ放電に後
続する過渡グロー放電を抑制して、オゾン生成効率を向
上させることのできるオゾン発生方法を提供することを
主たる目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明のオゾン発生方
法は、オゾン発生時に、前記オゾン発生器の電極間の原
料ガス圧を絶対圧で2気圧以上にすることを特徴として
いる。
【0011】発明者達は、オゾン発生器の電極間の原料
ガス圧を高圧力化する、具体的には2気圧以上にするこ
とによって、ことさら印加パルス電圧のパルス幅を短縮
化しなくても、ストリーマ放電に後続する過渡グロー放
電を抑制できることを実験的に見い出した。この方法に
よって、オゾン生成効率を向上させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1に示した構成のオゾン発生装
置において、直径(内径)40mm、長さ1mの円筒電
極4と直径0.4mmのワイヤ電極6とから成る同軸円
筒放電管状のオゾン発生器2を用いて、このオゾン発生
器2にパルス電源18から図2Aに示すような約150
nsのパルス幅のパルス電圧VP を印加した。パルス電
圧VPの極性は正負どちらでも良いが、通常はワイヤ電
極6が正となる正パルス電圧である。この場合のオゾン
発生器2内の、即ち電極4、6間の原料ガス14のガス
圧を1.2気圧から2.5気圧まで変化させたときの放
電電流IP の観測波形を図2Bに示す。ストリーマ放電
域は、前述したように高々数十nsであり(図2Bでは
約50nsで図示)、それ以降が過渡グロー放電域であ
る。
【0013】この図2Bから分かるように、パルス電圧
P の立ち上がり部分に生じるストリーマ放電による電
流成分は原料ガス圧を変えても殆ど変わらないけれど
も、ストリーマ放電に後続する過渡グロー放電による電
流成分は、原料ガス圧の上昇に伴い抑制されている。特
に、原料ガス圧を2気圧以上にすることによって、過渡
グロー放電電流成分が効果的に抑制されることが分か
る。
【0014】電極4、6間の原料ガス圧を上記のように
高めた場合のオゾン生成効率の実測例を図3に示す。使
用した原料ガスは、露点−60度以下の乾燥空気であ
る。使用したオゾン発生器2および印加パルス電圧VP
のパルス幅は、図2の例の場合と同じである。同じ原料
ガス圧で複数のデータ点が存在するのは、原料ガス流量
等のパラメータを変えて測定したからである。
【0015】この図3から分かるように、原料ガス圧が
1.2気圧〜1.7気圧の場合は、オゾン発生器2から
出力されるオゾン含有ガス16中のオゾン濃度を高める
ためには多くの投入電力を必要とするのに対して、原料
ガス圧が2気圧以上の場合は、投入電力を高めなくても
オゾン含有ガス16中のオゾン濃度を高めることができ
る。即ち、原料ガス圧を2気圧以上にすることによっ
て、過渡グロー放電が抑制され、オゾン生成効率が向上
していることが分かる。その結果、従来よりも安価にオ
ゾンを製造することができる。
【0016】なお、図2Bから、電極4、6間の原料ガ
ス圧を高くするほど、ストリーマ放電に後続する過渡グ
ロー放電をより効果的に抑制できることが分かるけれど
も、3気圧以上のガスを扱う場合は、高圧ガス取締法に
よる認可が必要になるので、この認可を不要にする観点
からは、電極4、6間の原料ガス圧は2気圧以上3気圧
未満にするのが好ましい。
【0017】また、通常の原料ガス源12の吐出圧力は
最高でも7気圧であるので、特殊な原料ガス源12を用
いなくて済む観点からは、電極4、6間の原料ガス圧は
2気圧以上7気圧以下にするのが好ましい。
【0018】オゾン発生器2は、上記例のような同軸円
筒放電管状のもの以外でも良い。例えば、角筒電極の
中心軸にワイヤ電極を配置した構造のもの、2枚の平
行平板電極の間に1本以上のワイヤ電極を配置した構造
のもの、等でも良く、これらの場合も上記とほぼ同様の
結果が得られる。
【0019】また、オゾン発生器2は、図4に示す例の
ように、円筒電極4の中心軸にワイヤ電極6を配置した
同軸円筒放電管を、容器8内に複数本並設した構造のも
のでも良い。そのようにすれば、一度に大量の原料ガス
14の処理が可能であり、オゾン製造能力が向上する。
この場合の各円筒電極4は支持板9によって容器8ひい
てはパルス電源18に電気的に接続されている。各ワイ
ヤ電極6は、図示例のように互いに並列接続しても良い
し、直列接続しても良い。
【0020】パルスストリーマコロナ放電方式のオゾン
発生装置では、通常は、オゾン生成効率の観点から、原
料ガス14として低露点の乾燥空気または酸素ガスが使
用される。低露点の乾燥空気や酸素ガスの供給源は、産
業用途としては膜式の精製装置や液化タンクが使用され
るので、その供給源からの原料ガス14の吐出圧力は3
気圧以上ある。従って、オゾン含有ガス16を供給する
負荷22の実効的圧力損失(=負荷の圧力損失+負荷の
背圧)が2気圧未満の場合は、図5に示す例のようにオ
ゾン発生器2のガス出口側に背圧弁20を設ければ良
い。そのようにすればオゾン発生器2での原料ガス圧を
簡単に2気圧以上に調整することができる。一般的用途
では、負荷の実効的圧力損失が2気圧以上となることは
少ないが、2気圧以上となる場合には、原料ガス源12
の吐出圧力を高めれば良い。また、オゾン発生器2での
圧力損失は通常0.1気圧程度以下なので、この場合の
原料ガス源12は、負荷の実効的圧力損失よりも0.1
気圧以上高い吐出圧力にすれば良い。
【0021】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、オゾン
発生時にオゾン発生器の電極間の原料ガス圧を2気圧以
上にするので、ことさら印加パルス電圧のパルス幅を短
縮化しなくても、ストリーマ放電に後続する過渡グロー
放電を抑制して、オゾン生成効率を向上させることがで
きる。その結果、従来よりも安価にオゾンを製造するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】オゾン発生装置の一例を示す概略図である。
【図2】パルス電圧波形(A)および原料ガス圧を変え
た場合の放電電流波形(B)の観測例を示す図である。
【図3】原料ガス圧を変えた場合のオゾン生成効率の実
測例を示す図である。
【図4】オゾン発生器の他の例を示す断面図である。
【図5】オゾン発生装置に負荷を接続した例を示す図で
ある。
【符号の説明】
2 オゾン発生器 4 円筒電極 6 ワイヤ電極 12 原料ガス源 14 原料ガス 16 オゾン含有ガス 18 パルス電源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相対向する電極を有していてストリーマ
    放電によってオゾンを発生するオゾン発生器と、このオ
    ゾン発生器に酸素を含む原料ガスを供給する原料ガス源
    と、前記オゾン発生器の電極間にパルス電圧を印加する
    パルス電源とを備えるオゾン発生装置において、オゾン
    発生時に、前記オゾン発生器の電極間の原料ガス圧を絶
    対圧で2気圧以上にすることを特徴とするオゾン発生方
    法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5745858B2 (ja) * 2008-12-27 2015-07-08 隆男 浪平 パルス放電発生方法

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JP5745858B2 (ja) * 2008-12-27 2015-07-08 隆男 浪平 パルス放電発生方法

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