JPS62278105A - オゾン発生器 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 この発明は放電を利用したオゾン発生器に関するもので
ある。

従来技術 放電を利用した従来型のオゾン発生器には第６図に示し
た様に電極を平行平板状に配置した平板型と、第７図に
示した様に同意円筒状に電極を配置した円筒型のものが
挙げられる。

この発明が解決すべき問題点 これら第６図及び第７図に例示した従来型のオゾン発生
器は原理的に同じ構造で、対向する高圧電極１と接地電
極２の中間にガラス、マイカ又はセラミック等の誘電体
層３が形成されている。この誘電体層３は高圧電極１に
密着させて設けるのが一般的で、誘電体層６と接地電極
２との距離、すなわち放電空隙５の寸法は１〜３ｎ程度
が一般的である。

この高圧電極１と接地電極２との間に交流高圧電源４よ
り交流高電圧（商用周波〜数ＫＨｚ　）を印加すると、
電極間の空隙５に無声放電６が生じる。

無声放電乙の起こっている空隙５へ、矢印の方向（こ原
料ガス（空気又は酸素）７を通過させると放電化学作用
ｔこより、酸素の一部がオゾン０３に変換され、オヅン
什ガス８が得られる。

放電の起こっている空間へ送入された原料ガス中の酸素
０２は、次の反応（こより一部がオゾン０６に変わる。

０２−）−ｅ−＋Ｏ＋０−）−ｅ　　　　　　（１）０
＋０２＋Ｍ→０３十Ｍ　　　　　　　　　（２）一方、
生成されたオゾンは次の反応により、その一部が再び酸
素にもどる。

○ｓ　−４−０−）　２０２　　　　　　　　　（３）
０３＋ｅ→０２＋○＋ｅ（４） この結果、オゾンの生成反応〔（す、（２）式〕と分解
反応’　（（３）　、（４）式〕がつりあったところで
反応は平衡し、オゾン発生器出口でオゾン濃度数チのオ
ゾン化ガスが得られる。

尚、オゾン生成反応（２）式の反応速度は低温で大きく
なり、一方、分解反応（３）式の反応速度は高温で大き
くなるため、実用オゾン発生器では電極１，２の何れか
又は両方を冷却することにより、オゾン生成効率を少し
でも上げるように考慮されている。

ここで従来型オゾン発生器の欠点としてオゾン生成効率
η（即ち、オゾン生成１対消費電力比χが低いことがあ
げられる。即ち、従来型オゾン発生器のオゾン生成効率
は、熱化学式から期待される理論値（１２００ｆ／ｋＷ
ｈ）に比べて著しく小さく、高々９０　Ｐ／ＫＷｈ　（
空気原料の場合）〜２５０　Ｐ／Ｋｗｈ　（酸素原料の
場合）にすぎない。

この理由の一つとして、オゾン生成反応における放電の
役割りは上記（り式に示したように酸素分子の解離を起
こさせることであるが、放電により生ずる電子のエネル
ギーは比較的広い範囲に分布しているため、実際には解
離だけでなく、励起、電離等の現象も起こり、ガス温度
の上昇も起こる。

放電をこより投入されるエネルギーは火路次式％式％ 放電電圧Ｖｐと共に増大する。

文献によれば、放電エネルギーが小さいほど、オゾン生
成効率は上昇する。従って、第６図及び第７図に示した
従来型の電極形状では！小さくするほどオゾン生成効率
は上昇することになる。（’ｃｇは空隙長に反比例し、
Ｖｐはほぼ空隙長に比例するため） ちなみに、第６図及び第７図の従来型電極で、放電空隙
長を１〜５　ｍｘとすれば放電電圧は５〜１ｏＫＶ（ピ
ーク値）程度である。

（ｄ＝１〜３朋の平行平板ギャップの破壊電界は５０〜
３０　ＫＶ／ｃｒｎ程度。これより、放電電圧＝５〜ｊ
ＱＫＶとなる。） この様に従来型オゾン発生器は平等電界に近い電極形状
で、できるだけ放電エネルギーを小さくするためには放
電空隙長さをできるだけ小さくする必要があるが、特に
工業用オゾン発生器の如き、大型装置では、現状の１〜
３朋以下の空隙を均一に形成することは事実上不可能と
いってもよいほど困難である。

そして、現状用いられている１〜６朋の放電空隙ですら
、均一かつ一様に形成するためには材料・加工法に特別
の配置が必要であり、製作コストの低減を困難にしてい
る。

以上、記載した通り従来型のオゾン発生器では平等電界
に近い電極形状を用いているため放電エネルギーが大き
く、オゾン生成効率が低く、放電空隙が小さいため製作
コストが高いという問題があった。

そこで、この発明は前記の様な従来型オゾン発生器の不
都合な点を解決して、オゾン生成効率が高いと共に製作
コストも低く押えることのできるオゾン発生器を提供す
ることを目的とする。

発明の構成 この発明によるオゾン発生器は、互いに平行に対向する
接地電極を設け、当該接地電極両対向面には各々誘電体
を形成し、これら誘電間の原料ガス流通方向に交差する
と共に前記誘電体間に渡って延在する折曲状に連続する
高圧電極が設けられた点に特徴がある。

実施例 以下、図示するこの発明の実施例により説明する。第１
図に、この発明の第１実施例を示したが、互いに平行に
対向する接地電極１２．１２の対向面に誘電体層４３．
１３が設けられ、さらにこの誘電体層１３．１５の間に
は高圧電極１１が設けられている。そして、高圧電極１
１と接地電極１２．１２の間には高圧電源１４が接続さ
れる。ここで、高圧電極１１は、誘電体層１３゜１３に
接触して設けられた折曲げられた電極であり、折曲げの
厚み（第１図の寸法ｄ）を５〜２０ｍＩＬとする。原料
ガスは紙面と直角方向から導入し、高圧電極１１の折曲
げ空間、即ち放電空隙１５を通って反対側へ排出される
。

高圧電源１４は電極間に放電を発生させるためのもので
、電圧波形は交流（商用周波〜数１０ＫＨｚ　）の他、
直流、脈流、パルス状電圧等、任意の波形を用いること
ができるが、放電の安定性を確保するためには交流又は
パルス状電圧が望ましい。

高圧電極１１は生成されたオゾンにさらされるため耐オ
ゾン性を有する導電性材料、例えばステンレススチール
等の金属や導電性プラスチック等を用いる。一方、接地
電極１２．１２は誘電体層１３．１３におおわれている
ため耐オゾン性を考慮する必要はなく、任意の導電性材
料を用いることができる。

誘電体層１３．１３の材質としては、絶縁性を有するも
のであれば、放電及び生成されるオゾンに対して、物理
的、化学的、熱的に安定なあらゆる材料を用いることが
できる。但し、後述する如く誘電体１３．１３と高圧電
極１１の接触部分においても放電が起こり、オゾンが生
成されるため、誘電材料として酸化反応に対して触媒作
用を有する成分（例えば、（ｕ２０　、　Ｖ２Ｏ５，Ｍ
ｏＯ３゜ＭｎＯ２，Ｃｏ２Ｏ３、白金、銀等）を含有し
た材料を使用することが望ましい。

尚、後述する様に、この電極の放電開始電圧は１〜２Ｋ
Ｖ（ピーク値）と低いため、誘電体層１３．１５の耐電
圧を小さく（厚みを小さく）することができる。

第２図にこの発明の第２実施例を示した。この実施例で
は高圧電極１１を２枚に分割して重ねたものであり、２
つの高圧電極１１．１１の間にはスペーサ用電極２１が
介装されている。この発明のオゾン発生器では高圧電極
１１と誘電体層１３との接触部分でも放電が起こるため
、第２実施例の様に高圧電極１１を２枚重ねるとすれば
、接触部分の数が増し、放電領域を広げることができる
。従って、空間的な効率、即ち全空隙体積に対する放電
部分の体積比が増すことになる。

また、後述する様に高圧電極１１と誘電体層１３との接
触部分のみてなく高圧電極１１の表面からも放電が生ず
るため高圧電極として板状の素材を用いてもよいが、表
面に粗さのある素材、例えば金あみ、微少凸凹のある板
等を用いれば、更に放電領域を大きくすることができ、
オゾン生成量を増加させることができる。

ここで、第１図で高圧電極１１と接地電極１２゜１２と
の間に高圧電源１４により、放電開始電圧以上の高電圧
を印加すると空隙１５で放電が起こる。

実験中の観察によれば、この放電は第３図に示すように
高圧電極１１と誘電体層１３の接触部分近傍での放電３
１と高圧電極１１の表面での放電３２から成っているこ
とが認められる。

これらの放電により発生した電子の作用により、前記（
１）式に従って原料ガス中の酸素分子は解離され、酸素
原子が生じ、更に（２）式に従ってオゾンが生成される
。

また、第４図に示した様に高圧電極１１を金あみ等の粗
さのある材料で構成すれば、放電は更に起こり易くなり
オゾン生成量も増大する。

この実施例によるオゾン生成効率について第５図に示し
た実験結果に基づいて説明する。

この実験は、第２図に示したオゾン発生器（放電空隙幅
ｄ二１０　ｍｍ　）を用いＮ２・０２混合ガスの混合比
を変えて、オゾン生成効率を測定したものであり、同図
中の○印が実験結果を示す。

尚、第５図中の・印は従来型オゾン発生器の文献値であ
る。

（文献二田畑、八木、日中：電気学会論文誌、９８巻２
号、昭５３．２．Ｐ１２３〜１３０）第５図から明確な
様に、この実施例によるオゾン発生器のオゾン生成効率
は、従来型よりも著しく高く、０２分圧＝＝　０．２　
、０，４　、０．６　、０．８　、１．０における効率
上昇は下記に示す通りである。

このように、この実施例のオゾン生成効率が従来型より
、著しく高い理由として放電電圧が低いことがあげられ
る。第５図に示した実験開始電圧の実測値は約１．１に
■（ピーク値）であり、従来型の５〜１ｏＫＶ（ピーク
値）に比べて著しく低い。

このため、放電エネルギーも小さくなり、原料ガスの加
熱や、ガス分子のイオン化が従来型に比して小さくなり
、オゾン生成効率が上昇したものと考えられる。

以上の様に、第１図及び第２図に示した様な電極構成と
することで、放電開始電圧を著しく低下させ、ひいては
オゾン生成効率を飛躍的に向上させることができる。ま
た、放電開始電圧が低いため、高圧電源の出力電圧を小
さくすることができ、高圧電源のコスト低減が可能であ
る。

また、従来型オゾン発生器では同頁ｍ２もある放電電極
の全面にわたって、１〜３朋の放電空隙長さを厳密に維
持しなければならないが、この実施例のオゾン発生器で
は放電空隙の幅（第１．２図中のｄ）を５〜２０朋にす
ることができるため、製作据付が容易で、イニシャルコ
ストも大幅に低減させることもできる。

また、高圧電極１１自体が剛性をもっているためスペー
サーとしての働きを兼ねることができる。更に、接地側
電柵を箱形構造とし、その内面を水冷等により冷却する
ことも容易である。

さらに、この実施例の構造かられかる様に、圧力損失は
従来型よりも著しく小さいため、原料空気の送風機容量
（圧力）を小さくすることが可能で、運転動力の減少も
可能となる。

発明の効果 この発明によるオゾン発生器の実施例は以上の通りであ
り、次に述べる効果を挙げることができる。

オゾン生成効率が高く、かつ製作コストも低く押えるこ
とのできるオゾン発生器となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は各々第１及び第２実施例の構成図、
第３図及び第４図は放電状態を示す部分拡大図、第５図
は実験データのグラフ、第６図及び第７図は従来例の構
成図である。 １・・高圧電極、２・・接地電極、５・・誘電体層、４
・・交流高圧電源、５・・放電空隙、６・・無声放電、
７・・原料ガス、８・・オゾン化ガス、１１・・高圧電
極、１２・・接地電極、１３・・誘電体層、１４・・高
圧電源、１５・・放電空隙、２１・・高圧電極スペーサ
、３１・・高圧電極と誘電体層の接触部で生ずる放電、
３２・・高圧電極表面で生ずる放電。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 互いに平行に対向して配置された接地電極と、当該接地
   電極両対向面に各々形成された誘電体と、 これら誘電体間の原料ガス流通方向に交差すると共に、
   前記誘電体間に渡って延在するよう配置された折曲状に
   連続する高圧電極とを備えたオゾン発生器。