WO1998021144A1 - Generateur d'ozone - Google Patents

Description

明 細 オ ゾ ン 発 生 体

[技術分野 ]

本発明はオ ゾ ン発生装置に使用 さ れ る オ ゾ ン発生体に関 し、 特に、 酸素が導入さ れる 空間において高周波高電圧 に よ る無声 放電を用い て、 酸素 をオ ゾ ン化 さ せ る オ ゾ ン 発生体に関す る も ので あ る 。

[背景技術 ]

従来 よ り 、 廃水処理、 水の浄化、 殺菌洗浄な どの分野におい て、 オ ゾ ンの殺菌、 脱色、 脱臭な どの作用 が利用 さ れて い た。

酸素 をオ ゾ ン化 さ せる オ ゾ ン発生装置は、 相対向 する放電用 電極を、 酸素が導入さ れ る 空間お よび誘電体を挟んで配置 し、 該放電用電極間に高周波高電圧 を 印加 した と き に発生す る無声 放電を用い て、 該放電用 電極間の酸素が導入さ れる 空間 を通過 す る酸素を オ ゾ ン化する も ので あ る 。

従来のオ ゾ ン発生装置は、 例え ば第 5 図 に示す よ う に、 ガラ ス ゃセ ラ ミ ッ ク ス な どの誘電体材料か ら な る 円筒 4 3 と、 該円 筒 4 3 の内側 にコ一テ ィ ン グさ れた導電性被膜か ら な り 高周波 高電圧 を加え ら れる 高圧電極 4 2 と、 前記円筒 4 3 の外側 に配 置さ れ金属材料か ら な り 通常は接地さ れた外部電極 4 6 と 、 該 外部電極 4 6 と前記円筒 4 3 と の間の酸素が通過す る 空間 4 5 と、 該空間 4 5 を外部電極 4 6 と 円筒 4 3 の 間で維持す る 支持 部材 6 0 と 、 原料 ガ ス の酸素 を 外部か ら 導入 す る 酸素導入 口

5 2 と 、 オ ゾ ン化 さ れた酸素 を外部へ取 り 出すオ ゾ ン化酸素取 り 出 し 口 5 3 と か ら 構成さ れて い る

オ ゾ ン 発生体の外部の 高周波高電圧電源 4 9 か ら 高圧 電極

4 2 に、 配線 4 8 お よび給電ブラ シ な どの高電圧供給手段 6 1 を介 して高周波高電圧が供給さ れ、 一方、 外部電極 4 6 は配線

4 7 を 介 し て接地さ れる 。 外部電極 4 6 の外周部に は冷却のた めの放熱フ ィ ンが設け ら れてい る

高周波高電圧を加え ら れた高圧電極 4 2 と接地さ れた外部電 極 4 6 との 間には、 無声放電が発生す る 。 酸素導入 口 5 2 よ り オ ゾ ン発生体の外部か ら 導入さ れた酸素は、 無声放電の存在す る 空間 4 5 を通過 し、 オ ゾ ン化 さ れて オゾ ン化酸素取 り 出 し 口

5 3 よ り オ ゾ ン発生体の外部へ取 り 出 さ れて い る 。

従来よ り 、 オ ゾ ン発生装置 を小型化す る た め に、 高濃度ォ ゾ ン を高収率で得 ら れる オ ゾ ン発生体の開発が望 ま れて い た ま た、 高圧電極 4 2 は、 銀合金や金合金な どの導電性被膜を、 誘電体材料か ら な る 円筒 4 3 の 内側 に コ ーテ ィ ン グに よ り 形成 す る が、 通常 1 0 K V程度の高周波高電圧が加え ら れる ため、 オ ゾ ン に よ る 酸化 と 無声放電中のス パ ッ 夕 リ ン グに よ る蒸散の た めに高圧電極 4 2 の電極材料の寿命が短 く 、 高圧電極 4 2 の 長寿命化が望 ま れて いた。

高濃度オ ゾ ン を高収率で得 る には、 導入さ れる酸素流量が一 定の場合は、 放電に用い ら れる 電極の表面積 を增加する こ と に よ っ て オ ゾ ン化 さ れ る酸素の量を増加 さ せ る か、 或いは、 ォ ゾ ン発生体の温度 を低下さ せ る こ と に よ つて オ ゾ ン の生成効率 を 上げる 方法があ っ た。

しか し、 第 5 図 に示さ れ る従来の オ ゾ ン発生体の場合、 放電 に用 い ら れる 電極の表面積は、 誘電体か ら な る 円筒 4 3 に コ ー テ ィ ン グさ れる 高圧電極 4 2 の表面積であ り 、 使用 する 誘電体 材料か ら な る 円筒 4 3 の管径 と長さ と か ら 高圧電極 4 2 の表面 積は決め ら れ、 一定のサイ ズのオ ゾ ン発生体におい て高圧電極 4 2 の表面積 を増加 させ る こ と は不可能で あ っ た。 一方、 ォ ゾ ン発生体の温度 を低下さ せ る には、 冷却部の構造を 変え て放電 に よ っ て発生す る熱の冷却効率 を上げ る こ と で達成さ れ る が、 冷却効率を上げる ために冷却部の構造が複雑化 して し ま っては オゾン発生装置を小型化する とい う 目 的が達成されず、 更に装 置自体の価格が高価なも のにな って し ま う 問題があ った。 すな わち、 従来のオゾ ン発生体の場合は、 オゾ ン発生量には限界が あ り 、 高濃度オゾン を高収率では得る こ とはで きなかった。

また、 オ ゾン発生体の長寿命化を達成するために、 長寿命が 得られる高圧電極の構成およびその電極材料が望まれていた。

[発明の開示 ]

本発明は、 上記課題を解決する ためになされたも のであ り 、 本発明のオゾ ン発生体は、 誘電体と高圧電極と を分離 した構成 と してレ、る。

本発明のオゾン発生体は、 高電圧電極棒に取 り 付けた複数の 金属製円板か ら な る高圧電極と、 該高圧電極を取 り 囲む誘電体 材料か らな る円筒 と、 該円筒を取り 囲む金属材料か らな る外部 電極と、 該外部電極と前記円筒の間にあって酸素が通過する第 一の空間と、 該空間に外部よ り 酸素を導入する ための第一の導 入経路手段と、 該空間か らオゾン化 した酸素を外部に取 り 出す ための第一の取 り 出 し経路手段と、 前記高圧電極に高周波高電 圧を加える手段と、 前記外部電極を接地する手段とから なるォ ゾ ン発生体で あ っ て、 前記金属製円板はそ の外周部 に複数の切 り 込み加工が施さ れてい る こ と を特徴 とす る

高圧電極 を複数の金属製円板か ら な る構成 と す る こ と に よ つ て、 外形の サイ ズが 同 じ オ ゾ ン発生体にお いて も 、 従来の構成 のオ ゾ ン発生体 と比べて高圧電極の総表面積 を増加 さ せ る こ と がで き 、 そ の結果、 オ ゾ ン化 さ れる 酸素の量 を増加 さ せ る こ と が可能 と な っ た。

ま た、 高圧電極の材料 を、 従来の銀合金や金合金な どの導電 性被膜 を コ 一テ ィ ン グ し た も ので はな く 、 金属製円板を使用で き る た めに、 寿命の長い高圧電極を 可能 と し、 オ ゾ ン発生体の 長寿命化 を達成す る こ と が可能 と な っ た

さ ら に、 金属製円板の外円周 に施さ れた複数の切 り 込み加工 の凹凸の位置 を、 隣接す る 金属製円板の複数の切 り 込み加工の 凹凸の位置 と互い に ずれ る よ う に、 高電圧電極棒に金属製円板 を配置する こ と に よ って、 高電圧電極棒の軸方向に均一な無声 放電が発生 し、 オ ゾ ンの発生量 を増加 させかつ高圧電極の寿命 を 更に長 く す る こ と が可能 と な っ た

ま た高圧電極 と誘電体材料か ら な る 円筒 と の間に あ っ て酸素 が通過す る 第二の空間 と 、 該空間に外部よ り 酸素を 導入す る た めの第二の導入経路手段 と 、 該空間か ら オ ゾ ン化 し た酸素 を外 部に取 り 出すた めの第二の取 り 出 し経路手段 と を さ ら に備え る こ と に よ っ て、 オ ゾ ンの発生量 を よ り 増加 さ せ る こ と が可能 と な っ た。

さ ら に、 金属製円板材料 と して、 タ ン グス テ ン使用す る こ と よ り オ ゾ ン の生成効率が高 く な り 、 ま たチ タ ン を使用す る こ と に よ り 高圧電極の寿命が長 く な り 、 ス テ ン レ ス を使用す る こ と に よ り オ ゾ ン の生成効率 と 長寿命化 と加工性のバラ ンス の とれ た高圧電極を可能に した 。

[図面の簡単な説明 ]

第 1 図は、 本発明のオ ゾ ン発生体の断面図であ る 。

第 2 図は、 本発明の金属製円板の平面図で あ る 。

第 3 図は、 本発明のオ ゾ ン発生体を用い た場合の、 金属製円 板の外周部の凹凸の数に よ る オ ゾ ン発生量のデータ であ る 。

第 4 図は、 本発明の別の実施形態の図で あ る 。

第 5 図は、 従来のオゾ ン発生体の断面図で あ る 。

[発明を実施する た めの形態 ]

第 1 図は、 本発明のオ ゾ ン発生体の断面 を示す図であ る 。 第 1 図の オ ゾ ン発生体において、 ガ ラ ス やセ ラ ミ ッ ク ス な ど の誘電体材料か ら な る 円筒 3 と、 該誘電体材料か ら な る 円筒 3 の 内部 に配置 さ れ る 高電圧電極棒 1 と 、 前記誘電体材料か ら な る 円筒 3 の外部に配置さ れ金属材料か ら な る 外部電極 6 と は、 両端に設け ら れた軸押さ え部材 1 0 、 1 1 に、 パ ッ キ ン な どを 介 して 図示 して い な い押 し付け手段に よ っ て押 し付け ら れて 支 持さ れてい る

軸押 さ え 部材 1 0 には、 オ ゾ ン発生体の外部よ り 原料ガス の 酸素 を 導入す る酸素導入 口 1 2 が、 軸押さ え部材 1 1 に は、 ォ ゾ ン化 さ れた酸素 を オ ゾ ン発生体の外部へ取 り 出すオ ゾ ン化酸 素取 り 出 し 口 1 3 が設け ら れて レヽ る 。 ま た、 軸押さ え部材 1 0 には、 導入 さ れた酸素を オ ゾ ン発生体内部へ導 く た めの第一の 導入経路手段 1 4 が形成さ れ、 軸押 さ え部材 1 1 には、 オ ゾ ン 化 さ れた酸素 を オ ゾ ン発生体内部か ら オゾ ン化酸素取 り 出 し 口

3 へ導 く た めの第一の取 り 出 し経路手段 1 5 が形成さ れて い る 。 軸押さ え部材 1 0 お よび 1 1 の材料に は、 テ フ ロ ン樹脂が 適 して い る 。

第 1 図に 示さ れる 実施の形態におい ては、 外部か ら 導入さ れ た酸素は、 誘電体材料か ら な る 円筒 3 と外部電極 6 と に挟ま れ る 第一の空間 5 のみを通過する よ う な構成にな っ て い る 。 高電圧電極棒 1 は、 好 ま し く は金属材料か ら な り 、 配線 8 を 介 して 外部の高周波高電圧電源 9 に接続さ れて い る 。 高電圧電 極棒 1 には、 任意の 間隔 に導電状態で、 複数枚の金属製円板 2 が取 り 付け ら れて い る 。 金属製円板 2 の一例 を あ げれば、 材料 は、 タ ン グス テ ン やチタ ンやス テ ン レ ス な どの金属材料で、 例 え ば板厚み 0 . 5 m m、 直径 4 0 m mの 円板で、 4 m m間隔で 高電圧電極棒 1 に数十枚配置さ れる 。

金属製円板 2 はそ の外周部に、 第 2 図に 示す よ う な複数の切 り 込み加工がな さ れて い る 。 例え ば、 直径 4 0 m mの 円板に対 して、 切 り 込みの深 さ 2 m mで 凸部の頂部の幅が 3 m mで、 凹 部の底部の幅が 2 m m程度で あ る 。 凹凸の数は数十あ り 、 例え ば、 2 0 か ら 4 0 個程度で あ る 。 第 2 図の例で は、 凸部の形状 が四辺形で あ る が、 こ れに限 ら れ る も ので はな く 、 三角形や多 角形や 円弧や針状お よび任意の形状が可能で あ る

外部電極 6 は、 ス テ ン レ ス な どの金属材料か ら な り 、 配線 7 を介 して接地さ れ、 その外周部に冷却用の放熱フ ィ ン を備えて い る 。

オ ゾ ン発生体の外部よ り 酸素が、 酸素導入口 1 2 よ り 導入さ れ、 軸押さ え部材 1 0 内の第一の導入経路手段 1 4 よ り 第一の 空間 5 に導かれる 。 第一の空間 5 は、 配線 8 と 高電圧電極棒 1 と を介 して外部の高周波高電圧電源 9 よ り 高周波高電圧が供給 さ れて い る 金属製円板 2 と 、 配線 7 を 介 し て接地さ れた外部電 極 6 と に よ り 、 無声放電が発生 して い る 。 導入さ れた酸素が こ の第一の空間 5 を通過す る こ と に よ っ てオ ゾ ン化 さ れる 。 ォ ゾ ン化 さ れた酸素は、 軸押 さ え部材 1 1 内の第一の取 り 出 し経路 手段 1 5 を 通 り オ ゾ ン化酸素取 り 出 し 口 1 3 か ら 、 オ ゾ ン発生 体の外部へ取 り 出 さ れる 。

第 3 図に、 本発明のオ ゾ ン発生体を 用い た場合の、 金属製円 板 2 の外周部の切 り 込み加工の凹凸の数と 、 オ ゾ ン 発生量 と の 測定結果を 示す。

こ こ で、 用 い た外部の高周波高電圧電源は、 出力 電圧 1 0 K Vで 出力電流 3 O m Aの電源であ る 。 酸素導入 口 1 2 を通 り 外 部か ら オ ゾ ン発生体内部へ導入さ れ る 酸素の流量は、 2 L / m i nで あ る 。 オ ゾ ン発生体の長さ は、 2 0 0 m mで あ り 、 金属 製円板 2 が高電圧電極棒 1 に取 り 付け ら れて い る 範囲は 1 5 0 m mで あ る 。 酸素が通過す る誘電体材料か ら な る 円筒 3 と外部 電極 6 と の 間の第一の空間 5 の間隔は、 1 m mであ る 。 金属製 円板の数は 3 2 枚で あ る 。 第 3 図に おいて 、 従来の オ ゾ ン発生体の デー タ は、 高周波高 電圧の 出力電力や酸素流量な どの他の条件は本発明のオ ゾ ン 生体 と 同 じ場合のデータ で あ り 、 オ ゾ ン発生量は 7 [ g / H r ] で あ っ た。 本発明の オ ゾ ン発生体のデータ は外周部の切 り 込み に よ る 凹凸の数を ◦ 、 2 0、 3 0、 4 0 と し た時の デー タ で あ り 、 そ れそれオ ゾ ン発生量は 9 、 1 0、 2 0、 1 5 [ s / H r ] で あ っ た。 なお、 切 り 込み加工の凹部の深さ 2 m mお よ び凹部 の幅 2 mmは、 それそれの場合におい て共通で あ る 。 なお切 り 込みに よ る 凹凸の数が 0 と は、 切 り 込みの な い直径 4 0 mmの 円板の場合で あ る

の 定結果 よ り 、 金属製円板 2 の外周部の切 り 込みに よ る 凹凸の数が 3 0 の場合に、 オ ゾ ン発生量は最大 を示 し、 従 来の オ ゾ ン発生体 と 比べ る と約 3倍の量の オ ゾ ン を 発生で き る と が判 つ た。

さ ら に、 板厚み 0 . 5 mm程度の タ ン グス テ ンやチタ ン ゃス テ ン レ ス な どの金属製円板 2 を高圧電極 と して用 い る こ と に よ つ て、 従来のオ ゾ ン発生体 と比較 して、 高圧電極の長寿命化が 達成で き た

別の実施の形態の例 を、 第 4 図に示す こ の実施形態では、 酸素の通過す る 空間 を 、 誘電体材料か ら な る 円筒 2 3 と外部電極 2 6 と に挟 ま れる 第一の空間 2 5 だ け で はな く 、 誘電体材料か ら な る 円筒 2 3 と 高電圧電極棒 2 1 お よ び金属製円板か ら な る 高圧電極 2 2 と に挟 ま れる 第二の空間

2 4 を も用 レヽ る こ と に よ っ て、 更に オ ゾ ン の発生量 を增加 さ せ る こ と を可能 と す る 実施形態で あ る 。 軸押 さ え部材 3 0 には、 酸素導入口 3 2 か ら 第一の空間 2 5 に酸素 を 導 く た めの第一の 導入経路手段 3 4 と 、 第二の空間 2 4 に酸素 を導 く た めの第二 の導入経路手段 3 6 と が形成さ れて い る 。 軸押さ え 部材 3 1 に は、 第一の 空間 2 5 か ら オ ゾ ン化 さ れた酸素 を オ ゾ ン化酸素取 り 出 し 口 3 3 へ導 く ための第一の取 り 出 し経路手段 3 5 と、 第 二の空間 2 4 か ら オ ゾ ン化 さ れた酸素 をオ ゾ ン化酸素取 り 出 し 口 3 3 へ導 く た めの第二の導入経路手段 3 7 と が形成さ れて い る 。 他の構成要素は、 第 1 図の実施形態 と 同 じで あ る

本発明に よ り 、 オ ゾ ン化 さ れ る酸素の量 を増加 さ せ、 高濃度 オ ゾ ン を高収率で得 る こ と がで き る と と も に、 オ ゾ ン発生体の 長寿命化 を達成で き る オ ゾ ン発生体を提供す る こ と がで き る 。 更に、 製作が容易で あ る た め、 オ ゾ ン発生体の小型化あ る い は 大型化 と も に可能なオ ゾ ン発生体を提供す る こ と がで き る 。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 高電圧電極棒に取 り 付けた複数の金属製円板か ら なる高 圧電極 と、 該高圧電極を取 り 囲む誘電体材料か らな る 円筒と、 該円筒を取 り 囲む金属材料から な る外部電極と、 該外部電極と 前記円筒の間にあ って酸素が通過する第一の空間と、 該空間に 外部よ り 酸素を導入する ための第一の導入経路手段と、 該空間 か ら オゾン化 した酸素を外部に取 り 出すための第一の取 り 出 し 経路手段と、 前記高圧電極に高周波高電圧を加え る手段と、 前 記外部電極を接地する手段とか ら な るオゾ ン発生体であ って、 前記金属製円板はその外周部に複数の切 り 込み加工が施されて い る こ と を特徴とするオゾン発生体。

2 . 前記金属製円板の外周部に施された複数の切 り込み加工 の凹凸の位置が、 該金属製円板と隣接する金属製円板の外周部 に施された複数の切 り込み加工の凹凸の位置と互いにずれる よ う に配置されい る こ とを特徴とする請求項 1 に記載のオゾン発 生体。

3 . 前記高圧電極と前記誘電体材料から なる 円筒 との間にあ つて酸素が通過する第二の空間 と、 該空間に外部よ り酸素を導 入す る ための第二の導入経路手段 と 、 該空間か ら オ ゾ ン化 した 酸素 を外部 に取 り 出すた めの第二の取 り 出 し経路手段 と を さ ら に備え て い る こ と を特徴 と す る 請求項 1 ま たは 2 に記載のォ ゾ ン発生体。

4 . 前記金属製円板の材料が、 タ ン グス テ ン、 チ タ ン あ る い はス テ ン レ ス のい ずれかで あ る こ と を特徴 と す る 請求項 1 か ら

3 のい ずれか 1 項に記載の オ ゾ ン発生体。