JPWO2016132919A1 - オゾン発生装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Tg=c×Wd×d+Te (式1)
ここで、cは電極形状、原料ガスの熱伝導率、冷却部構造等に依存する定数である。
図3は本発明の実施の形態1によるオゾン発生装置の放電部及び冷却部を示す断面図である。なお、図3は簡単のため電極が1本の場合を示しているが、電極が複数本あっても電極の構造、および電極と冷媒との接触の構成は同一である。実際のオゾン発生装置の放電部1においては図3のような構造の電極が複数並列に設置される。以降の実施の形態においても、電極が1本の場合を例にして説明するが、本発明は、電極が複数並列に設置されるものにも適用できるのは言うまでもない。また、以降の図中において、実施の形態1によるオゾン発生装置の構成機器と同様あるいは相当する部材には、同じ符号を付し、特に必要のない限り説明を省略する。
図5は、本発明の実施の形態2によるオゾン発生装置の構成の要部の断面と系統ブロックを示す図である。実施の形態2は、実施の形態1における第二冷媒8の冷熱の構成についての、より具体的な一実施の形態である。すなわち、実施の形態2によるオゾン発生装置の基本構成は実施の形態1と同じである。実施の形態2においては、第二冷媒8として液体酸素、液体窒素、液体空気、又は液体二酸化炭素等の液化原料を用いており、第二冷媒8は原料ガス2としても供給するように構成している。液化原料貯蔵庫301から液化原料を第二冷媒8として接続口20a及び20bのどちらか一方を通じて第二冷却部4に流入させ、高オゾン濃度領域を冷却させた後に、もう一方の接続口を通じて流出させる。図5では第二冷媒8が接続口20aを通じて流入し接続口20bを通じて流出しているが、流入口と流出口は逆になっていてもよい。
Lo=Le×Q×F/(0.9×Wd)[m] (式2)
となる。第二冷却部4の長さLをその最適値Loに設定すれば、第二冷媒8の冷熱を無駄なく利用することが可能である。
図8は、本発明の実施の形態3によるオゾン発生装置の構成の要部の断面と系統ブロックを示す図である。実施の形態3によるオゾン発生装置の実施の形態2との相違点は、液化原料を直接第二冷媒8としては用いず、第二冷媒8と液化原料を熱交換させる熱交換器を備えていることである。液化原料が循環熱交換器304を通じて第二冷媒8の冷熱源として機能し、第二冷却部4に流入する第二冷媒8の温度を低温に設定している。実施の形態3においても熱交換して気化した液化原料を原料ガス2として利用する。第二冷却部4に流入する第二冷媒8の温度は循環熱交換器304を通じて液化原料の冷熱によって、第一冷却部5に流入する第一冷媒6より低い温度に設定される。液化原料を直接第二冷媒8として利用する実施の形態2においては、第二冷却部4を流れる液化原料の圧力が高圧力であるため、第二冷却部4を高耐圧の構造にする必要がある。しかし、本実施の形態3によるオゾン発生装置の構成によれば、第二冷媒8の材質に制限がなく、第二冷却部4に高耐圧の構造が要求されない。
図11及び図12は、本発明の実施の形態4によるオゾン発生装置の要部である放電部及び冷却部を示す断面図である。第二冷媒8の接続口及び第一冷媒6の接続口については、実施の形態1などと同様であるため省略した。本実施の形態4において実施の形態1、2、3と異なる特徴的な点は、放電空間の間隙寸法である放電ギャップ長dが空間的に均一でない点、及び第二冷却部4の長さLが放電ギャップ長dの短い部分に対応する長さになっている点である。すなわち、本実施の形態4によるオゾン発生装置では、放電ギャップ長が短く設定された放電部に第二冷却部4を設置している。一般的に、放電空間のガス圧力が1.0〜3.0atmの場合、放電ギャップ長dが短いほどオゾン発生性能が高いことが知られている(例えば特許文献4)。このため、オゾン発生性能を向上させるために、放電空間においてオゾン濃度が高い、オゾン化ガス出口側、すなわち原料ガスの流れの下流側で放電ギャップ長dを短縮する構造が採用されることがある。放電ギャップ長dを変化させる手段としては、図11のように誘電体13の厚さを軸方向で変化させてもよいし、図12のように直径の異なる電極管を連結させてもよい。また、図7のように中間冷却部を設け、それに応じて放電ギャップ長を3段階に変化させてもよい。言うまでもなく、実施の形態2、3のように第二冷媒8の冷熱源として液化原料を利用してもよいし、隔壁101は第二冷却部4と第一冷却部5とを完全に分割しても部分的に分割してもよい。
図13は、本発明の実施の形態5によるオゾン発生装置の構成を示す概略系統図である。本実施の形態5においては、第一オゾン発生器100と第二オゾン発生器200の二つのオゾン発生器を備えている。それぞれのオゾン発生器は、放電部と冷却部からなる。すなわち放電部が異なるオゾン発生器の放電部として分離されている。第一オゾン発生器100で生成され流出されたオゾン化ガスは第二オゾン発生器200に導入されて、さらにオゾン濃度を高める構成となっている。なお、図13は簡単のため、それぞれのオゾン発生器として電極が1本の場合を示しているが、一つのオゾン発生器に電極が複数本あっても構成は同一であり、実際のオゾン発生装置の放電部においては図3のような構造の電極が複数並列に設置される。第一オゾン発生器100の放電部である第一放電部51は第一冷却部5の第一冷媒6を用いて冷却されており、第二オゾン発生器200の放電部である第二放電部41は第二冷却部4の第二冷媒8を用いて冷却されている。この構成においても、下流側であって、よりオゾン濃度が高い第二オゾン発生器200に備えられた第二冷却部4に流入する第二冷媒8の温度は、上流側であってオゾン濃度が低い第一オゾン発生器に備えられた第一冷却部5に流入する第一冷媒6の温度よりも低い温度に設定されている。冷却系統は、例えば実施の形態1〜3で説明した冷却系統のうち、適用可能な冷却系統で構成されている。
図14は、本発明の実施の形態6によるオゾン発生装置の構成を示す概略系統図の例である。本実施の形態6によるオゾン発生装置は、オゾン濃縮装置400にオゾン化ガス3を供給するものであり、液化原料の持つ冷熱をオゾン濃縮装置400の冷却に使用する機構を備えるものである。本実施の形態6において、オゾン濃縮装置400はオゾン吸着塔401、吸着剤402、及びオゾン吸着塔冷却部403で構成される。吸着剤402を充填したオゾン吸着塔401はオゾン吸着塔冷却部403を流れる冷媒により冷却され、吸着剤402の温度が0℃以下の低温に維持されている。オゾン吸着塔401にオゾン化ガス3を流通させることで、冷却された吸着剤402にオゾンが吸着される。オゾン濃縮装置400からオゾンを取り出すときは、オゾン吸着塔401の圧力を減圧することにより吸着剤402に吸着されていたオゾンが脱着し、吸着前のオゾン濃度より高い濃度のオゾン化ガス404として取り出すことができる。本発明においては、液化原料の持つ冷熱を上記オゾン吸着塔401の冷却に使用する。一般的にオゾン吸着において生じる吸着熱は、オゾン発生において生じる放電の温熱よりも小さく、オゾン1gあたり140J程度である。これは一般的なオゾン発生における原料流量で十分冷却可能である。
Claims (7)
- 二つの電極間に形成される放電空間に流れる原料ガスを放電させてオゾンを発生させる放電部と、放電により発生する熱を放熱する冷却部とを備えたオゾン発生装置において、前記原料ガスの少なくとも一部は液化原料が気化したガスであり、
前記冷却部は、前記二つの電極のうち少なくとも片方の電極に接触して第一冷媒が流れる第一冷却部と、前記第一冷却部よりも前記放電部の前記原料ガスの流れの下流側に設けられ、前記二つの電極のうち少なくとも片方の電極に接触して第二冷媒が流れ、冷熱源を前記液化原料とする第二冷却部とを備え、前記第二冷却部へ流入する前記第二冷媒の温度が、前記第一冷却部へ流入する前記第一冷媒の温度よりも低い温度に設定されたことを特徴とするオゾン発生装置。 - 前記第二冷媒が前記液化原料であり、前記液化原料が前記第二冷却部から気化して流出したガスを前記原料ガスとすることを特徴とする請求項1に記載のオゾン発生装置。
- 前記第二冷媒と前記液化原料との間で熱交換させる熱交換器を備え、熱交換して気化した前記液化原料を前記原料ガスとすることを特徴とする請求項1に記載のオゾン発生装置。
- 第一冷媒と第二冷媒は同一材料の冷媒であり、前記第一冷却部の前記第一冷媒と前記第二冷却部の前記第二冷媒とは流通可能に構成されていることを特徴とする請求項1または3に記載のオゾン発生装置。
- 前記原料ガスの流れの下流側の前記放電空間の放電ギャップ長が、前記原料ガスの流れの上流側の放電ギャップ長よりも短く設定され、放電ギャップ長が短く設定された放電部に前記第二冷却部を設置したことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のオゾン発生装置。
- 前記放電部は第一放電部と第二放電部とに分離しており、前記第一放電部と前記第一冷却部が第一オゾン発生器を構成し、前記第二放電部と前記第二冷却部とが第二オゾン発生器を構成し、前記第一オゾン発生器で生成されたオゾン化ガスを前記第二オゾン発生器に導入することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のオゾン発生装置。
- 発生した前記オゾンを、前記液化原料の少なくとも一部を冷熱源として冷却された吸着剤に吸着させて前記オゾンを濃縮させるオゾン濃縮装置を備えたことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のオゾン発生装置。
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