JPS59111902A

JPS59111902A - オゾン発生装置

Info

Publication number: JPS59111902A
Application number: JP21945582A
Authority: JP
Inventors: Senichi Masuda; 増田　閃一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-12-15
Filing date: 1982-12-15
Publication date: 1984-06-28
Also published as: JPH0364443B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、オゾン発生装＃（以下オゾナイザと稍する）
に関するものである。

従来のオゾナイザは平行板ないし、平行円筒電極間にガ
ラス板を介在せしめて交流高電圧を印加し、電極間隙に
無声放電を発生せしめつつ、この間に乾燥せる空気又は
酸素を流通せしめ、該無声放電に固有の放電化学的作用
で酸素をオゾンに転化せしめてオゾンを発生する方式の
ものであった。しかし、この方式のオゾン発生の電力効
率は極めて低く、理論値の数％以下に止るものであった
。これに対して本願発明者は別発明「オゾン発生装置」
（昭和５２年２月２３日出願；特願昭５５−２１８７８
号）においてパルス巾の著るしく短かい極短パルス高電
圧の生ずる沿面コロナ放電の有効なオゾン生成作用を利
用して電力効率を向上する方法を提案したが、この方法
には沿面放電による誘電体の加熱、という欠点があった
。

本発明はこれらの欠点を、同じくパルス巾の著るしく短
い極短パルス高電圧を使用するものの、これによって強
力なストリーマ−コロナ放電をガス空間に生ぜしめ、そ
の放電化学作用を利用することにより克服し、電力効率
の大巾な向上を達成せるオゾナイザ−を提供するもので
ある。

ここに本発明において利用する極短パルス高電圧のパル
ス巾はＩｎｓから数十μｓの間とし。

特にｌｎｓから１０００ｎｓの間に選ぶのを好適とする
。この様な極短パルス高電圧を少くとも一方をコロナ放
電極とする相対向する電極間に印加する時は、該コロナ
放電極から極めて強力なストリーマ−コロナ放電を火花
の発生なしに生せしめることが出来、その有効なオゾン
生成作用を安定に利用することが可能となる。この場合
、相対向する電極は、一方が線状、角線状、ストリップ
状、らせん状、針状等のコロナ放電極、他方が板状９円
筒状。

角筒状等の曲率半径の大きな非コロナ電極であっても良
く、まだ両方ともコロナ放電極であってもよい。特に両
電極を長形の平行線状放電極対としたり、あるいは長形
の上記コロナ放電極と非−コロナ電極を平行に対置せる
電極対とし、極短パルス高電圧のパルス巾を著るしく小
さくする時は、該パルス高電圧は。

これら長形電極対に清って進行波として伝播し、その過
程において該放電極に泪って一様に強力なストリーマ−
コロナ放電を発生、そのオゾン生成効率は更に大巾に向
上する。この場合、進行波の速度はｖ＝ｏ３ｃ口］／、
Ｓ　）であり、その幾何学的波長はパルス巾がτ（ｎｓ
）のときＪ’＞０．３τＣ、、〕）となる。そして、上
記長形電極対の全長Ｌ（ｍ）に対してｌ≦Ｌとする時。

換言すると該極短パルス高電圧をほぼτ≦Ｌ／（０，３
）（ｎｓ）　Ｋ選ぶとき、この様に該パルス高電圧は進
行波としての振舞を呈する様になる。この様に長形の電
極対として印加パルス高電圧を進行波として振舞わせ、
進行波電圧に固有の強力なストリーマ−コロナ放電を発
生せしめる所の電極対を特にコロナ伝送線路という。コ
ロナ伝送線路たらしめるだめの条件は、その長さＬ　Ｃ
ｍ　）を、パルス巾τ〔ｎｓ）に対してＬ　２０．３τ
（ｍ）にとることであるが、実１／３際にはその←倍程度のＬ≧０．１τ〔ｍ３位にとっても
進行波の性質は残存し９発生ストリーマーの放電化学作
用会砥斗は同程度の活性を保持する。この場合、コロナ
伝送線路を形成する長形電極対の両方の電極ともコロナ
放電極とする時荷、パルス高電圧の波高値Ｖｐがある域
値をこえると、負極性のコロナ放電極のみから正極性の
コロナ放電極に向って負のストリーマ−コロナを発生す
るが、正極性のコロナ放電極からは放電を生じない。Ｖ
ｐを更に上げると、上記質のストリーマ−コロナにおく
れで正極性コロナ放電極から、正のストリーマ−コロナ
が負極性コロナ放電極に向けて発生する。この場合、オ
ゾン生成能力の点では正と負のストリーマ−コロナに大
差がないにも拘らず、エネルギー消費では前者が後者に
比べて著るしく大きい。換言すれば、この場合には負コ
ロナストリーマ−のみが発生する如きＶｐを印加するの
が電力効率の上で有利である。また、コロナ伝送線路の
一方をコロナ放電極、他方を非コロナ電極とするときは
。

前者の極性が負となる如き極性をもって両電極にパルス
高電圧を印加し、負のストリーマ−コロナを発生せしめ
るのがオゾン発生の電力効率上最適である。また、この
場合オゾン生成に使用する空気や酸素は充分乾燥（例え
ば露点を一４０℃以下とする如く）シていることが必要
である。

すなわち１本発明による所の新規のオゾナイザはガスの
入口と出口を有する函体と、該函体内に相互に絶縁の上
、相対向して配設せる所の少くとも一方がストリーマ−
コロナ放電を行うだめのコロナ放電極である如き電極の
対を少くとも一対有シ７．該電極対の間にパルス巾が数
十μｓ以下、特に１０００ｎｓ以下の極短パルス高電圧
を印加するための極短パルス高圧電源を有し、これによ
って該電極対の間のガス空間内に、そのコロナ放電極よ
り強力なストリーマ、−コロナ放電を発生せしめ。

その放電域を通っ−Ｃ該ガス入口より導入せる乾燥せる
空気又は酸素を流通せしめ、該ストリーマ−コロナの強
力な放電化学的作用によって酸素から有効にオゾンを発
生せしめた上。

該オゾンを含有するガスを該ガス出口から外部に供給す
ることを特徴とする。

この様に極短パルス高電圧により形成せる安定、一様か
つ強力なストリーマ−コロナ放電の放電化学的作用を利
用することにより。

本発明による所の新規のオゾナイザは無声放電利用の従
来型オゾナイザに比べて著るしく高い電力効率で有効に
オゾンを発生せしめうるとい２うすぐれた作用効果を発
揮し、オゾンス、セラミック等の無機誘電体を介在せし
めて、火花の発生を完全に防止し、ストリーマ−コロナ
放電の安定性を更に向上してもよく。

まだ上記電極対の各電極をガラス、セラミック等の絶縁
物上に配設固定してこれを担持せしめる構造としてもよ
い。また更に、必要に応じて函体壁や電極対自体を水冷
、油冷、空冷によって冷却してもよいことも云うまでも
ない。また１本発明に使用すべき極短パルス高圧電源と
しては１本発明者・が別発明「パルスミ源」（特願昭５
ｌ−４１８３）、　　ｒパルス電源装置」（特願昭５Ｏ
−１０９７１７）、　［極短パルス高電圧発生装置］（
特願昭５６−１４４３９９）。

「高電圧極短パルス電源」（特願昭５７−１７２７９７
）等を用いると有効であるが９本発明はこれに限定され
ることなく、適当な凡ゆる形式・構造の極短パルス高圧
電源を用いることができる。−１：た、該電極対の間に
予め直流バイ′アス高電圧を印加しておき、これに重ね
て該極短パルス高電圧を印加することにより。

その波高値電圧Ｖｐを低くしても強力なストリーマ−コ
ロナ放電を発生せしめることが出来て、該極短パルス高
圧電源の容量を小さくするととができる。この場合、直
流バイアス高電圧は上記極短パルス高電圧と同極性に相
加わる如き極性をもって該電極対に印加する必要がある
。また、該電極対の他に、これらと平行に対向の上、こ
れらから絶縁せる第３電極を設け、該電極対の両方又は
少くとも一方と該第３電極の間に直流パイ、アス高電圧
を印加してもよく、この方法によって、同じくより低い
Ｖｐ値により強力なストリーマ−を発生せしめうる。但
し、この場合の直流バイアス高電圧の極性は、それが該
電極対のコロナ放電を行う電極において該極短パルス高
電圧による電界を強める如き極性に選ぶ必要があること
は云うまでもない。

以下、実施例及び図面によって本発明の特徴を更に詳細
に説明する。

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図はそのＹ
−Ｙ断面上の横断面図である。

図ておいて、対向電極対１の一方を円筒電極２、他方を
線状コロナ放電極３として、２の中心軸に３を絶縁張架
し、２を接地し、この様にして構成せる複数個の電極対
１．１’、・・・を函体４の内部に平行に配置の一ヒ、
該線状コロナ放電極３，３′・・・を図の如く次々と直
列に接続して長大、コロナ伝送線路５を形成、極短パル
ス高圧電源６より導線７，７′および碍管８を介して該
コロナ伝送線路５０入カ端９に該線状コロナ放電極３−
３′−・・を負とする如き極性で極短パルス高電圧を印
加する。その波高値は電極間距離を２０（ｍｍ）とする
ときＶｐ＝３０〜４０（ＫＶ）程度とすれば充分である
。まだ。

そのパルス巾は該コロナ伝送線路５の全長がＬ＝１００
（ｍ）のときｒ−３００（ｎｓ）程度として進行波形成
条件Ｌ≧０．３τを満す様にする（すでに述べた如＜Ｌ
＝３０Ｃｍ〕としてＬ≧ｏ、ｉτとしてもよい）。そこ
で、該パルス高電圧は進行波として電極対２−３→２’
−３’→２“−３“に涜って伝播し、この間に線状コロ
ナ放電極２゜ここで同極性で反射されて逆方向に進行、
かくして該長大コロナ伝送−線路５の上を多重反射して
遂にそのエネルギーを消耗し、波高値Ｖｐが下ってコロ
ナが消失する。次に、ある周期ののち再び６よりパルス
高電圧を印加して同じ過程をくり返し、その周波数は５
０（Ｈｚ）〜数十〔■ぐＨｚ）の間で任意に選定するこ
とができる。図において１１．１１’は線状コロナ放電
ｔＭ　３．３’、　３−・・・をその両端で張架固定す
るだめの格子状導体で１円筒電極群２．２’、　２−・
・をその両端において函体４の内部でガスが円筒外の部
分を通してバイパスするのを防止するだめの接地された
導体隔壁１２．１．２’に支持碍子１３゜１３′によっ
て絶縁支持されている。１４．１４’は線状コロナ放電
極２　、２／、　２／Ｓ・・・が格子状導体１１゜１１
’を貫通の上、これに支持固定されるためのである。い
まガス人口１７より函体４内に乾燥空気ないし酸素を導
入し、該円筒電極２．２’。

２′、・・を通って流通せしめ、該負ストリーマ−コロ
ナ放電の作用下におくと、その強力な放電化学的効果で
極めて高い電力効率をもってオゾンを発生し、生成オゾ
ンを含むガスはガス出口１８より外部に供給される。

第３図は、第１図及び第２図の円筒電極２゜２／、　２
：／・・・の代りに、接地せる平行平板電極群１９、　
＋９′、１９”、・・・を用いてコストの低下をはかっ
た所の本発明の実施例の縦断面図、第４図はその横断面
図である。但し、１９と１９″は函体側壁をかねている
。相隣本平行平板電極で形成されるダク）　１９−　ｔ
９４１９’−１ｖ７・・・の間にジグザグ状に線状コロ
ナ放電極群３．３／、　、／Ｃ・・・が直列接続されて
絶縁配設され、これによって各ダクトの開平板電極とそ
の中間のジグザグ状の線状コロナ放電極で一つのコロナ
伝送線路のユニノ）　２０．２ｏ二・・・が形成され、
更に相隣るダクトのジグザグ状線状コロナ放電極を次々
に直列接続することによって、一本の著るしく長大なコ
ロナ伝送線路５を形成する。本例では、函体４は矩形状
断面を有し、絶縁支持する碍子１３．１３’は平板電極
１９−・・・の両端に固定されている。その他のすべて
の番号の要素の名種と機能は第１図、第２図と同様であ
り、その動作もまったく同じであるから、説明を省略す
る。

更に第３図、第４図の例の変形として第５図に横断面図
を示す如く板状電極１９．１９−・・の代りに、接地せ
るパイプ状電極群２１．２１．’、・・を用い、これら
の中間に線状コロナ放電極群３゜３−・・・　を絶縁張
架の上、これを直列に接続して長大コロナ伝送線路を形
成の上、オゾナイザを構成してもよい。

第６図は第５図のものを変形せる実施例の縦断面図で１
両端で固定せる接地導体パイプ電極ｎがあり、各パイプ
の両側に支持用絶縁碍管囚を有する支持腕冴が突出し、
これに絶縁支持されて各パイプ宛左右１対の線状コロナ
放電極３，３′が右端で接続導線５．碍管２６を介して
直列に接続されて、一つのコロナ伝送線路のユニット２
７を構成、これらが複数個函体内に配設され、左端にお
いて各ユニット２７、２７’、・・・の放電極が次々と
直列に接続されて。

長大コロナ伝送線路５を構成する。その動作も自明であ
るので省略する。

第７図は第３図、第４図の例ｒおいて線状コロナ放電極
３．３ｚ・・・をガラス板ないしセラミンク板等の無機
誘電体板２８　、２８４２８’、・・・上に。

第８図の斜視図に示す如く巻きつけて配設固定の上、こ
れを相隣る平板電極で構成されるダクト＋９−　＋９′
、１９’−１９’：・・・の間に配設して一つのコロナ
伝送線路のユニットを構成し、更に各ユニットのコロナ
放電極を次々に直列接続の上、長大コロナ伝送線路５を
構成せるものの横断面図であって、その動作の説明も自
明なるが故に省略する。この実施例において、コロナ放
電極３，３−・・・は線状電極であっても良いが、薄い
長形箔状のストリップ電極であっでもよく、更に該調型
体表面に導電性塗料を印刷したり、厚膜技術で形成した
り、あるいは蒸着により形成した長形薄形電極であって
もよい。

第９図は、２本の互に絶縁せる平行な線状のコロナ放電
極２９，３０をもって電極対を形成との上、これ卆複数個直列に接続して長大コロナ伝送線路
を構成せる１本発明の実施例の縦断面図で、この場合に
はＶｐＯ値を適当に選ぶことにより、負のストリーマ−
コロナのみを発生゛せしめ、これにより有効にオゾンを
発生する。

第１０図は第９図の実施例の変形で、真直な二本の平行
な線状コロナ放電極を用いる代りに、二重らせん電極３
１．３ｘ’、・・・を用いる。各二、重らせん電極は両
端で相互に支持用二重らせん溝付碍子３２．３２’によ
り絶縁張架された２個のらせん電極３３．３４より成り
、３３．３４は互に平行で、一つのコロナ伝送線路のユ
ニット３５ヲ構成する。これらを左右の端で次々と直列
に接続して、一つの長大コロナ伝送線路５を構成する。

したがって、極短パルス高圧電源６より入力端９に供給
されだ極短パルス高電圧は、先づ二重らせん電極３１の
二つのらせん電極３３．３４の間を旋回しつつ右方に進
行波として伝播、この間に負極性のらせん電極から正極
性のらせん電極に向けて１強力かっ一様な負のストリー
マ−コロナ放電を発生せしめる。

次に進行波高電圧は、二重らせん電極３１′に右方より
進入し、以下次々と伝播しつつ負ストリーマ−コロナを
発生して、有効にオゾンを生成するのである。

本発明の上記実施例においては、すべて極短パルス高電
圧を進行波として伝播せしめ。

これによる負のストリーマ−コロナ放電をオゾン生成に
利用する例のみを示したが、勿論。

場合によっては正のス）　ＩＪ−マーコロナ放電とを用いてもよ＜、ｔた。もっ唖パルス巾の長いパルスを
用い、進行波でないパルス電圧として利用し、これによ
るストリーマ−コロナ放電を用いてもよいことも云うま
でもない。

また９本発明の特徴は要するに極短パルス高電圧による
ストリーマ−コロナ放電をガス空間に形成せしめてオゾ
ンを生成することにあるので、これを達成するだめの電
極構造は良上記の実施例に限我されることなく、適当な凡ゆるもの
を用いうろことも云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図はその横
断面図、第３図は本発明の別の実施例の縦断面図、第４
図はその横断面図。第５図は本発明の更に別の実施例の横断面図。第６図は本発明のいま一つ別の実施例の縦断面図、第７
図は本発明の更に別の実施例の横断面図、第８図はその
無機誘電体板上へのコロナ放電極の配設方法を示す斜視
図、第９図は本発明のいま一つ別の実施例の縦断面図。第１Ｏ図は本発明の更に別の実施例の縦断面図を示す。図における主な要素の名種は次の通りである。ｌ、　１／、　１／／・・・・・・・・・・・・　対向
電極対ｚ　、　２／、　２／／・・・・・・・・・・・
　円筒電極３、３／　３／／・・・・・・・・・・・・
　線状コロナ放電極４　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・　函体５　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・　長大コロナ伝送線路６　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・“・・・・　極短パル
ス高圧電源７．７１　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・　導線８　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・　碍管９　・・・・・・・・・・・・・・
長大コロナ伝送線路の入力端１０　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・　仝上　開放終端１．１．、１１
’・・・・・・・・・・・・・格子状導体１２、１．２
’　　・・・・・・・・・・・・・隔壁１３、１３’　
・・・・・・・・・・・・支持碍子１４、１４’・・・
・・・・・・・・・支持用碍管１５、　＋６．・・・・
・・・・・・・・・・接続導線１７　　・・・・・・・
・・・・・・・・・・・　ガス入口１８　　・・・・・
・・・・・・・・・・・・・　ガス出口＋９．　ｔ９％
　１９“・・・・・・・・平行平板電極群別　・・・・
・・・・・・・・・・・・・・コロナ伝送線路ユニット
２］、　２ｘ’、　２１”・・・・・・・パイプ状電極
群２２．２２’・・・・・・・・・・・・・・パイプ状
電極田、２６　　・・・・・・・・・・・・・支持用絶
縁碍管２４　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・支持腕５　・・・・・・・・・・・・・・・・接続導
線２７、２７’、・・　・・・・・・・・・コロナ伝送
線路ユニット２８、２８’、・・・・・・・・・・・・
・・無機誘電体板２９、３０．　就３ｏ４・・・平行線
状コロナ放電極対３］、　３１’、　３１″・・・・・
・・・二重らせん電極３２・３２′・・・・・・・・・
・・・・・支持用二重らせん溝付碍子３３、３４　　・
・・・・・・・・・・・・・らせん電極３５　　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・コロナ伝送線路：Ｌ
０ット以　　　−ヒ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　ガスの入口と出口を有する函体と、該函体内
に相互に絶縁の上、相対向して配設せる所の少くとも一
方がストリーマ−コロナ放電を行うだめのコロナ放電極
である如き電極の対を少くとも一対有し、該電極対の間
にパルス巾が数十μＳ以下、特に１０ＣＩＯｎｓ以下の
極短パルス高電圧を印加するだめの極短パルス高圧電源
を有し、これによって該電極対の間のガス空間内にその
コロナ放電極゛より強力なストリーマ−コロナ放電を発
生せしめ、その放電域を通って該ガス入口より進入せる
乾燥せる空気又は酸素を流通せしめ、該ストリーマ−の
強力な放電化学的作用によって酸素から有効にオゾンを
発生せしめた上、該オゾンを含有するガスを該ガス出口
から外部に供給、することを特徴とする所のオゾン発生
装置。
（２）該電極対の一方をコロナ放電極とし、他方を曲率
半径が大きくコロナ放電を生じない非コロナ電極とする
ことを特徴とする特許請求範囲１に記載のオゾン発生装
置。
（３）　　該電極対の双方ともコロナ放電極とすること
を特徴とする所の特許請求範囲ｌに記載のオゾン発生装
置。
（４）該電極対の全有効長さＬ　Ｃｍ　）を該極短パル
ス高電圧のパル久一巾τ（　ｎｓ　）に対して，少くと
もＬ≧０１τ〔ｍ〕に選ぶことによって長大コロナ伝送
線路となし，この上で該極短パルス高電圧が進行波とし
ての振舞を示す様にした所の，特許請求範囲１，　２．
　３に記載のオゾン発生装置。
（５）該極短パルス高電圧を該電極対間に，該コロナ放
電極が負となる如き極性をもって印加し，該コロナ放電
極より負のストリーマ−コロナ放電を発生せしめること
を特徴とする所の，特許請求範囲２及び４に記載のオゾ
ン発主装置。
（６）該極短パルス高電圧を該電極対間に、負極性コロ
ナ放電極のみから負のストリーマ−コロナ放電が発生し
、正極性のコロナ放電極からは放電を生ぜしめない範囲
の電圧波高値をもって印加し、負のストリーマ−コロナ
放電のみを発生せしめることを特徴とする所の。特許請求範囲３および４に記載のオゾン発生装置。
（７）該極短パルス高電圧と相方０わる如き極性をもっ
て、該電極対間に予め直流バイアス高電圧を印加してお
くだめの直流高圧電源を有し。該電極対間に該直流バイアス高電圧に重ねてとこれ曇相加わる如き極性をもって該極短パルス高電圧を
印加することを特徴とする所の。特許請求範囲１より６−１でに記載のオゾン発生装置。
（８）該電極対と別に両者より絶縁の上これらと相対向
して第３電極を設け、かつ該電、極対の・ノくとも一方１晶よ↓１為と該第３電極の間に該極短パルス高電圧の
該コロナ放電極上に生ずる電界と相加わる如き方向の直
流電界を生ずべき極性をもって直流バイアス高電圧を印
加するだめの電源を有することを特徴とする所の、特許
請求範囲１より７までに記載のオゾン発生装置。
（９）該電極対の間に誘電体を介在せしめることを特徴
とする所の、特許請求範囲１より８までに記載のオゾン
発生装置。