JPS6259504A

JPS6259504A - コロナ放電によるオゾン発生装置

Info

Publication number: JPS6259504A
Application number: JP20103085A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Nagashima; 長島　康明; Masato Kadoya; 角屋　正人
Original assignee: Shinryo Air Conditioning Co Ltd
Current assignee: Shinryo Air Conditioning Co Ltd
Priority date: 1985-09-11
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1987-03-16

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】（産業上の利用分野）本発明は、コロナ放電によるオゾン発生装置、特に低濃
度のオゾンを効率よく発生させるコロナ放電によるオゾ
ン発生装置に関する。

（従来の技術）従来、オゾン発生装置は、例えば食品工業界におけるＲ
凹用、また医療の分野における空気浄化用等、多くの用
途に使用されてきたが、それらの装置はいずれも高濃度
のオゾンを大量に効率よく発生させるべく設計されてき
た。

ところで、放電によるオゾン発生についてその発生効率
は、理論的には１２００　（ｇ−０３／ＫＷ、ｈ）とい
われている。一方、現在実用化されているオゾン発生装
置（以下、“オゾナイザ−”ともいう）の収率は、空気
を原料とし、露点−４０℃で６０　（ｇ−０３／ＫＷ、
ｈ）であり、理論値の５％程度と小さい。

残りの９５％の電力は熱となり、オゾン生成には利用さ
れていない。

このようなオゾン発生効率には空気中の水分、温度が影
響し、また発生オゾン濃度が高い程効率は低下するとい
われている。

したがって、オゾンの発生効率を良くするためにはオゾ
ナイザ−に導入する原料空気を除湿、冷却し、電極を水
冷しなければならない。しかし、その場合、原料空気の
作成にコストがかかるため発生オゾン濃度を高くして原
料空気を有効に使用しなければならず、効率を上げるに
は限界がある。

一方、低濃度オゾンを発生させる場合には、原料空気に
はコストをかけず、常温、常湿でなければならない。空
気を原料とした場合、露点温度を１５℃としたときの発
生効率は、露点温度−４０’Ｃの効率の約１／２となる
。

従来、高濃度のオゾンの発生には円筒型ガラス電極によ
る無声放電型オゾナイザ−が使用され、低濃度オゾンの
発生には紫外線型オゾナイザ−やコロナ放電型オゾナイ
ザ−が使用されている。

無声放電型オゾナイザ−では電極に誘電体を使用してお
り熱が発生しやすい。紫外線型オゾナイザ−もランプか
らの発熱が大きく、力かる発熱はいずれも電力のロスと
なる。コロナ放電型オゾナイザ−は比較的熱が発生し難
いと思われるが、それでもオゾンの発生効率は除湿しな
い空気を使った場合、２０〜３０ｇ　／ｋＷ、ｈである
。これは理論値の１．７〜２．５％である。

特開昭５４−４８６９６号には、少なくとも２ケ所にコ
ロナ放電部を設けその間に気体冷却用の熱交換器を備え
たコロナ放電型オゾン発生装置が開示されている。これ
は温度上昇を抑えてオゾン発生効率を高めようとするも
のである。そして、このコロナ放電型オゾン発生装置の
従来技術として、空気流れに平行に置かれた線電極と平
板状電極との組合せによるコロナ放電部が開示されてい
る。かかる装置は、オゾン濃度の低いオゾン化空気しか
得られず、また飽和オゾン濃度が低いのが欠点であると
されている。

（発明が解決しようとする問題点）このように、従来のオゾン発生装置は高濃度のものを高
効率で生成させようとするものであった。

しかし、近年殺菌技術に見られるように低濃度オゾンの
利用性が高まりつつある。その場合、高濃度で生成させ
たものであっても実際に使用するに当たっては希釈して
使用することが多い、希釈して使用する場合、オゾン発
生部で０．１〜１％（重１）にまでオゾン濃度が富化し
たものに対し、２０〜５００ｐｐｍにまで希釈して使用
しているのが現状である。

しかも、高濃度で高効率で生成させるためには露点低下
、冷却が必要となりコスト上弄は免れない。したがって
、むしろ最初から数十〜数百ｐｐｍ程度の低濃度オゾン
含有気体を高い効率で生成できれば、それによる利益は
大きいものと考えられる。

かくして、本発明の目的は、低い消費電力で効率よく最
初から低濃度のオゾンを発生させる装置を提供すること
である。

さらに、本発明の別の目的は、構造が簡単でコンパクト
な低濃度オゾン発生装置を提供することである。。

（問題点を解決するための手段）ここに、本発明の要旨とするところは、酸素含有気体投
入部、対向電極を備えたコロナ放電部、発生オゾンを含
有する気体流れの排出部、および酸素含有気体投入部、
コロナ放電部そして排出部に至る気体流れを形成させる
気体流通手段から構成される、コロナ放電によるオゾン
発生装置である。

なお、前記対向電極を備えたコロナ放電部は、酸素含有
気体流れに直交して（または平行に）配置された線電極
および同じく酸素含有気体流れに直交して（または平行
に）配置された気体透過性多孔質金属平板電極から構成
されてもよく、かかる構成によれば、低濃度オゾンをよ
り効率的に生成可能である。

この場合の線電極は従来のコロナ放電型オゾナイザ−で
使用されて゛いるものと同様でよく、また上記多孔質金
属電極の材質としては、ニッケル、ニッケル・クロム、
アルミニウムおよびこれらに白金をコーティングしたも
の、好ましくはニッケルが用いられる。

上記多孔質金属平板電極は投入気体流れに直交あるいは
平行方向に配置されるが、いずれの場合にあっても、オ
ゾン発生率を高めるには投入気体流が多孔質金属の細孔
内を通過しなければならない。通常の焼結法、含浸法等
で得られる多孔質金属はいずれも気体透過性であり、本
発明の装置に平板電極として使用できるが、多孔質金属
材料の製造法はこれに限定されるものではない。

また、本発明の別の好′ｉ！ｉ態様によれば、前記多孔
質金属電極をアースし、前記線電極に直流マイナスの高
電圧を印加するか、あるいは逆に前記線電極をアースし
、前記多孔質金属電極に直流プラスの高電圧を印加する
ことによりコロナ放電を起こさせる。すなわち、線電極
の方がマイナス側、多孔質金属平板の方がプラス側の極
となるように直流電圧が印加される。

このように、本発明にかかる装置によれば、これに導入
する空気は露点１５℃、温度２５°Ｃ程度の室温、常湿
でも使用できる。また、電極の冷却はとくに必要ではな
い。

前述したように、電極には直流を印加し、線状電極をマ
イナス、対向する平板電極をプラス側とする。この場合
、電極間距離は１２ｍｍ以下程以下縁状電極の太さは０
．５　ｍｍ以下、線状電極間の間隔は５ｍｍ以上、多孔
質金属電極の厚みは１〜１０ａ＋ｍが好ましい。

なお、投入電力量は１０ｗｈ／ｍ　’以下で高いオゾン
発生効率を示す。

かくして、本発明によれば、除湿、冷却などの煩雑な操
作を全く必要と廿ずに、特に２０〜５００ｐｐｍという
低濃度オゾンを例えば理論値の５％以上の発生効率で発
生させることができる。

（作用）第１図および第２図は、本発明にかかるコロナ放電によ
るオゾン発生装置１０の略式説明図である（第１図およ
び第２図で同一部材には同一番号を使用）。

送風装置１２は、気体投入部１４からコロナ放電部１６
を経て排出部１８に至る気体流れを形成させる気体流通
手段として作用する。気体投入部Ｉ４から装置内に導入
された空気は、次いでコロナ放電部１６に進み、ここで
コロナ放電の作用を受ける。このコロナ放電部１６は線
電極２０およびこれに対向して設けられた平板状の気体
透過性多孔質金属電極２２から構成される。より詳しく
は、コロナ放電手段は、列状に配列された複数個の線状
電極と、これに対向する平板状の電極の組合せから構成
され、この組合せを１組だけ設けてもよいが、オゾン発
生効率を高めるにはこれを複数組、たとえば２組（第２
図）、３組（第１図）、あるいはそれ以上設けるのが好
ましい。また、線電極２０と多孔質金属電極２２は、第
１図に示すように気体流れと直交方向、あるいは第２図
に示す如く気体流れと平行方向のいずれの方向に配置し
ても構わない。この両電極には、多孔質金属平板電極２
２がプラス側、線電極２０がマイナス側となるように直
流の高電圧が印加される。酸素含有気体は、このコロナ
放電部１６でコロナ放電の作用を受けて、後述するよう
な反応経路によりその含有酸素がオゾン化されるのであ
る。オゾンが発生した空気は排出部１８から取り出され
、適宜用途に使用される。図中、矢印は空気流れを表わ
す。

オゾンの発生に関しては放電状態および温度が大きく影
響する。それはオゾンは放電により生成しやすいと同時
に、放電や温度条件によっては容易に破壊されるものだ
からである。

オゾン生成反応には、（１）〜（５）のような一連の反
応が関与している。

（１１０２＋　ｅ　　→Ｏ＋　Ｏ＋ｅ（２１０３＋　ｅ−０２＋　Ｏ＋　ｅ＋３）　Ｏ＋　０２　＋　０２−０３　＋　０２＋４１
０３＋ｏ　　→　０２　＋０２＋５１　ｏ３＋０２−’　ｏ２＋Ｑ＋Ｑ２上記式（１）
および（２）は電子との衝突による活性酸素の生成を示
すもので、式（３）は活性酸素からオゾンの生成を、式
（４）は活性酸素によるオゾン分解を、そして式（５）
はオゾンの自然骨［（熱分解）反応をそれぞれ示すもの
である。

ここに本発明によれば対向電掘として多孔質金属を用い
るが、かかる多孔質金属には次のような特徴がみられる
。

０表面に微細な凹凸がある。

■表面積が大きい。

０通気性がある。

したがって、従来のように、単に平板全屈を対向電極と
した場合に比べて線電極でのコロナの輝点の数が増大す
る。

これは、対向電極表面の凹凸により、線電極での放電に
かたよりが起き、強く放電する部分と放電が弱い部分と
が生じやすくなるためと思われる。

これにより放電エネルギーが均一に分配されたのでは前
記式（１）の電子により酸素を分解する反応が進まなか
ったものが、進めるのに十分なエネルギーをもった放電
部分が増したため、オゾンの発生量が増大したと考えら
れる。

なお、本発明者らの一連の実験の結果からは、空気の流
れは多孔性全屈表面にそった流れよりも、細孔内を通過
する流れの方がオゾンの発生量が多かった。したがって
、多孔質電極は好ましくは気体流れに直交して配置され
る。

これは細孔内を空気が流れることによって平板金層電極
が冷却された効果と金属電極表面近傍でのオゾン生成効
果によるものと思われる。多孔性金属は大きな表面積を
もち、その電極表面付近でも相当量のオゾンが発生Ｌ７
でいるものと思われる。

しかし細孔内で空気の流れがない場合、発生し。

たオゾンは前述の式（２）、（４）、（５）の反応によ
り破壊されやすい条件となる。したがって、発生したオ
ゾンがすみやかに細孔内から運び出されるような空気の
流れにした方がオゾンの発生量は大きくなる。

次に、実施例によって本発明をさらに詳述する。

実施例本例では第１図に示す装置を使い、気体原料としての空
気を処理してオゾンを発生させた。各線電極間距離は１
抛ｍ、線電極の直径は０．２＋ｍｍ　、多孔質金属電極
との極間距離は７．５ｍｍ　、多孔質平板電極は材質と
してニッケルを用い、厚さ５ｍｍ　、　長さ４０ｍｍで
あった。この多孔質電極はアースし、線電極には°フイ
ナスの直流電圧をかけた。このとき、放電電圧８にν、
電流０．２２ｎ＋八、空気流量０．６ｉ／ｈで０．１１
　ｇ／）＋のすシンが生成した（オゾン濃度７０〜ｓｏ
ｐｐｍ　）　、発生効率は６２　（ｇ−０３／ｋｗ　・
ｈ　）で、理論値に対し５．４％であった。なお、入口
空気温度２５℃、露点温度１５℃であった。

（発明の効果）以上に説明したように、本発明によれば、比較的簡単な
構造の装置により、常温・常湿の空気から低濃度のオゾ
ンを従来の２倍程度の高い効率で発生できる。投入空気
の除湿や冷却、電極の冷却は特に必要ないので、装置の
単純化と小型化が図れ、エネルギー消費量もその分生な
くてすむ。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明にかかるオゾン発生装置
の略式説明図である。１０ニオシン発生装置　　１２：送風手段１４：気体投
入部　　　　１６：コロナ放電部１８：排出部　　　　
　　２０：線電極２２：多孔質金属電極出願人　　新菱冷熱工業株式会社代理人　　弁理士　広　瀬　章　− 第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸素含有気体投入部、対向電極を備えたコロナ放
電部、発生オゾンを含有する気体流れの排出部、および
気体投入部、コロナ放電部そして排出部に至る気体流れ
を形成させる気体流通手段から構成される、コロナ放電
によるオゾン発生装置。
（２）前記対向電極を備えたコロナ放電部が、酸素含有
気体流れに直交して配置された線電極および同じく酸素
含有気体流れに直交して配置された気体透過性多孔質金
属電極から構成された、特許請求の範囲第１項記載のオ
ゾン発生装置。
（３）前記対向電極を備えたコロナ放電部が、酸素含有
気体流れに平行に配置された線電極および同じく酸素含
有気体流れに平行に配置された気体透過性多孔質金属電
極から構成された、特許請求の範囲第１項記載のオゾン
発生装置。
（４）前記線電極がマイナス極、前記多孔質金属電極が
プラス極となるように直流電圧を印加する、特許請求の
範囲第２項または第３項記載のオゾン発生装置。
（５）前記多孔質金属電極をアースし、前記線電極に直
流マイナスの高電圧を印加する、特許請求の範囲第４項
記載のオゾン発生装置。
（６）前記線電極をアースし、前記多孔質金属電極に直
流プラスの高電圧を印加する、特許請求の範囲第４項記
載のオゾン発生装置。