JPS6356164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はオゾン発生効率を著しく向上せしめた
高性能オゾナイザーに関するものである。

従来、オゾンの発生装置（以下オゾナイザーと
称する）には二枚の電極間に誘電体を介在させた
電極系に交流高電圧を印加し、この際発生する無
声コロナ放電の作用により電極間を流通する空気
又は酸素よりオゾンを発生する型式のものが主と
して用いられてきた。その際オゾン生成の電力効
率は数％と著しく低く、消費電力の大部分は熱と
なつて電極、誘電体および流通ガスを加熱昇温
し、この温度上昇によりオゾン発生効率が更に低
下する。従つてこれを防ぐための公知の方法とし
て上記電極を空冷ないし水冷により冷却し、その
温度を＋60℃〜室温程度に保持する方法がとられ
て来た。

この様な低いオゾン発生効率を改善するため、
本発明者は別発明（特願昭55−021878号、特願昭
57−155618号、特願昭58−166041号）において沿
面放電を利用したオゾナイザーを提案した。この
オゾナイザーは高純度アルミナ特よりなる誘電体
の一面に接して面状電極を、またその他面に接し
て線状電極を配設すると共に、該線状電極側の誘
電体面上にガス通路を形成し、両電極間に交流高
電圧を印加することにより該線状電極より該誘電
体表面に沿つて無声コロナ放電の一種である沿面
放電を発生、この領域でオゾンを生成する。すな
わち該線状電極と該面状電極との間に介在して形
成される全電界領域のうち、該線状電極両側の誘
電体表面の薄いガス通路域に上記沿面放電の発生
領域が形成されるので、該誘電体の面状電極側を
冷却することによつて線状電極、沿面放電ガス通
路領域、および誘電体のすべてを有効に冷却出
来、オゾン発生効率の大幅な改善が達成されたの
である。その後本発明者はこの型式のオゾナイザ
ー（以下沿面放電型オゾナイザーと称する）がそ
の構造上他のいかなる型式のオゾナイザーも耐え
得ない−60℃以下の低温度領域までの強冷に耐
え、かつこの様な低温度領域への冷却によつてオ
ゾン発生効率を更に飛躍的に向上せしめ得ること
を見出だした。

第１図はこれを示す実験結果の一例で、オゾン
発生効率は温度低下と共に大巾に上昇することが
分かる。但しオゾンは常圧のもとで−112℃で液
化し、上記沿面放電が阻害されるので該線状電極
の温度はこれよりも高い温度、例えば−100℃程
度以上に保持する必要がある。

本発明の目的は上記の沿面放電型オゾナイザー
の強冷耐性を利用し、これを強冷することによつ
てオゾン発生効率を飛躍的に向上した高性能オゾ
ナイザーを提供する事にある。

すなはち本発明は、上記沿面放電型オゾナイザ
ーを構成する電極、特に線状電極の温度を少なく
とも−60℃以下、好ましくは−80℃以下で、かつ
−110℃以上、好ましくは−100℃以上の温度範囲
に保つ如く、該オゾナイザーの面状電極側の外壁
を強冷するためのオゾナイザー冷却手段を具備せ
しめることを特徴とする。

これにより上述の如くオゾン生成の電力効率
が、従来公知のオゾナイザーに比べて遥かに向上
することは第１図からも明らかである。

この場合、導入空気または酸素をも予め十分乾
燥し、かつ十分に予冷しておくと更に有利な結果
が得られ、これが本発明のいま一つの重要な特徴
を構成する。

該オゾナイザー外壁の強冷、および入口導入ガ
スの強冷ないし乾燥は、通常の冷凍機を用いて行
つても良いが、これを最も経済的に行う方法は、
各種の液化ガス（液化プロパン、液化ブタン、液
化天然ガス等の液化燃料や液化酸素、液化窒素
等）の保有する冷熱を利用することである。すな
はち、これら液化ガスは一般に非常な低温に冷却
された状態で保冷タンクに貯蔵され、その使用に
当たり予め外部より多量の気化熱を加えてこれを
気化せしめる必要がある。そこで、この冷熱を利
用して上記オゾナイザー外壁の冷却ならびに導入
ガスの冷却・乾燥を行うのが最も経済的な方法で
あり、これが本発明のいま一つの重要な特徴を構
成する。この場合液化ガスを直接オゾナイザーの
上記外壁あるいはオゾナイザー導入ガスパイプの
外壁に接触せしめて該液化ガスを気化すると同時
に、該オゾナイザー導入ガスおよび該オゾナイザ
ー電極を強冷する直接冷却方式をとつてもよい
が、液化ガスの加熱気化部とオゾナイザーの外壁
および導入ガスの冷却部のと間に適当な熱媒体を
循環移動せしめて熱交換を行わしめたり、ヒート
パイプを利用して熱交換を行わしめる等間接冷却
方式をとつてもよいことは言うまでもない。

以下、実施例および図面を用いて本発明の特徴
をより詳細に説明する。

第２図は本発明の最も簡単な実施例を示すもの
で、大気がポンプ１により先ず活性炭層２に導入
され、ここでSO₂、HN₃等の不純物を除去した
後、ガス乾燥器を兼ねたガス冷却器３に導入さ
れ、−80℃に冷却されると同時に露点−80℃の状
態まで乾燥され、次いで沿面放電型オゾナイザー
４の入口管５に導入される。該沿面放電型オゾナ
イザー４はその外壁６が冷却手段７（本例では冷
凍機８）により、パイプ９，１０を介して循環さ
れる冷却媒体を通じて−70℃に強冷保持されてい
る。尚、冷凍機８はパイプ１１，１２を介して該
冷却媒体をガス冷却器３にも供給し、これを冷却
している。１３は該沿面放電型オゾナイザー４の
両電極間に正弦波ないしパルス状の交流高電圧を
印加するための電源である。またガス冷却器３と
オゾナイザー４のケーシング１４，１５は良好な
熱絶縁材料により十分に熱絶縁されている。上述
せるごとき強冷効果によりオゾナイザー４の内部
を流通する空気中の酸素は著しく高い電力効率を
以てオゾンに転換され、オゾンを含む空気が出口
管１６より外部に供給される。

第３図は、オゾナイザーの冷却手段の冷熱源と
して液化天然ガスの冷熱を利用することにより本
発明を実施せる例を示す。１７は液化天然ガスを
貯蔵するための大型地下タンクで、パイプ１８、
ポンプ１９を介して液化天然ガスが加熱気化器２
０内の蛇管２１に導かれ、ここで加熱気化された
後パイプ２２を介してボイラーその他のプロセス
へと導入使用される。加熱気化器２０は十分に熱
絶縁されたケーシング２３内に収められた熱交換
器で、ここで液化天然ガスの気化熱により約−
100℃に強冷された熱媒体２４はポンプ２５によ
りパイプ９，１０及び１１，１２を介してそれぞ
れ該沿面放電型オゾナイザー４、ガス冷却器３を
循環冷却し、それぞれの温度を−80℃、−90℃に
保つ。図に於ける１より１６までの要素の名称と
機能は第２図の実施例の同一番号の要素と同じで
ある。上述の如く、極めて高い電力効率をもつて
生成されたオゾンを含む空気は出口管１６よりガ
ス冷却器２６に導入され、ここでオゾンの沸点−
112℃以下の温度に冷却される。したがつてオゾ
ンは液状となつて空気から分離され、下部排出管
２７より充分に熱絶縁された液化オゾン容器２８
へと供給され、消費地まで液体オゾンの状能で運
搬される。またオゾンを除かれた空気は出口管２
９より外部に排出されるが、これをガス冷却器３
に導入して導入空気の冷却に利用しても良い。ま
た、ガス冷却器２６は場合により液化天然ガスの
冷熱を利用してガス冷却を行つても良い。

第４図は、酸素製造用の空気液化装置において
生ずる液化空気の冷熱を、本発明に於けるオゾナ
イザー強冷手段の冷熱源として利用した実施例を
示すものである。空気液化装置３０により作られ
た液体空気は分別蒸溜槽３１に送られ、ポンプ３
２、パイプ３３、沿面放電型オゾナイザー４、パ
イプ３４、蛇管３５を介して循環する熱媒体によ
り加熱されて窒素の沸点−196℃以上で、酸素の
沸点−183℃以下の温度範囲に加熱され、窒素の
みが蒸発の上、パイプ３６を通つてオゾン液化用
のガス冷却器３７に導かれ、出口管３８より外部
に排出される。上記オゾナイザー４は該熱媒体に
より約−100℃に冷却される。該分別蒸溜槽３１
の残留液体酸素は管３９より加熱気化器４０に導
かれてその沸点−183℃以上に加熱気化され、約
−100℃のガス状純酸素として上記オゾナイザー
４の入口５に導入され、ここでその一部がオゾン
に転化される。この場合も上記オゾナイザー４に
おいては極めて高い電力効率をもつて酸素よりオ
ゾンへの転化が行われると同時に、生成オゾンは
気体状を保ち、オゾナイザーの線状電極における
沿面放電を阻害しない。オゾンを含む酸素ガスは
出口管１６より上記ガス冷却器３７に導入され、
ここでオゾンの沸点以下、酸素の沸点以上の温度
に冷却される。その結果、オゾンのみは液化され
て下部排出管２７より容器２８に供給され、また
酸素はガス状で排出管４１より次段のプロセスへ
と供給される。１３はオゾナイザー用電源であ
る。また、加熱気化器４０で液体酸素の気化に用
いる熱はパイプ３４を分岐して４０に導き、オゾ
ナイザー４での発生熱を利用することも可能であ
る。

本発明による高性能オゾナイザーは液化天然ガ
ス（LNG）や、液化石油ガス（LPG）を大量に
使用する火力発電所や、液体酸素を大量消費する
製鉄工場に設置すると有利であり、この場合上述
の如く生成オゾンを液体の形で冷蔵タンク車等に
より消費地に保冷輸送するのが最も経済的であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は空気からのオゾン生成の電力効率と温
度との関係を示す測定結果の図である。第２図、
第３図、第４図はそれぞれ本発明の実施例をしめ
す系統図である。図において、 １，１９，５２，３２……ポンプ、２……活性
炭槽、３，２６，３７……ガス冷却器、４……オ
ゾナイザー、７……オゾナイザー冷却手段、８…
…冷凍機、１３……オゾナイザー電源、１７……
液化天然ガス地下タンク、２０，４０……加熱気
化器、２８……液化オゾン容器、３０……空気液
化装置、３１……液化空気分別蒸溜槽。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 誘電体の一面に接して面状電極、該誘電体の
   他面に接して線状電極を配設すると共に該線状電
   極側の誘電体面上にガス通路を形成、これによつ
   て両電極間に形成される電界領域のうち該線状電
   極側誘電体の表面に接したガス通路部分に沿面放
   電領域を形成し、両電極間に交流高電圧を印加し
   て該線状電極より該沿面放電領域に沿面放電を発
   生せしめるための交流高圧電源と、ガスの入口及
   び出口を備え、該ガス入口より導入せる酸素を含
   むガスを上記ガス通路内に流通せしめてオゾンを
   発生の上、該ガス出口より外部に供給する所の沿
   面放電型オゾナイザーにおいて、上記電極の温度
   を−60℃から−110℃の間に強冷保持するための
   オゾナイザー冷却手段を具備せしめたことを特徴
   とする高性能オゾナイザー。 ２ 該ガス入口より導入する酸素含有ガスを、そ
   の露点温度が上記両電極の運転温度以下となる如
   く乾燥するための入口ガス乾燥手段を設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載せる高
   性能オゾナイザー。 ３ 該ガス入口より導入する酸素含有ガスを、予
   め上記両電極の運転温度近くまで十分に冷却する
   ための入口ガス冷却手段を設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項のいずれか
   １項に記載せる高性能オゾナイザー。 ４ 該オゾナイザー冷却手段が冷凍機であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項より第３項ま
   でのいずれか１項に記載せる高性能オゾナイザ
   ー。 ５ 該オゾナイザー冷却手段が低熱源として液化
   ガスの加熱気化器における気化熱を利用すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項より第３項ま
   でのいずれか１項に記載せる高性能オゾナイザ
   ー。 ６ 該液化ガスが液体空気であり、該加熱気化器
   がその分別蒸溜槽であつて、低熱源として窒素の
   気化熱を利用すると共に、分離された純酸素をオ
   ゾナイザー入口ガスとして利用することを特徴と
   する特許請求の範囲第５項に記載せる高性能オゾ
   ナイザー。 ７ 該オゾナイザー冷却手段が液体窒素の冷熱を
   利用するものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項より第３項までのいずれか１項に記載
   せる高性能オゾナイザー。 ８ 該オゾナイザー冷却手段が液体酸素の冷熱を
   利用するものであつて、その気化により生じた純
   酸素をオゾナイザー入口ガスとして利用すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項より第３項ま
   でのいずれか１項に記載せる高性能オゾナイザ
   ー。 ９ オゾナイザー出口ガスをオゾンの沸点以下に
   冷却して生成オゾンを液化の上、残余のガスから
   分離捕集することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項より第８項までのいずれか１項に記載せる高
   性能オゾナイザー。