WO2020213083A1 - オゾン発生装置およびオゾン発生装置セット - Google Patents

オゾン発生装置およびオゾン発生装置セット Download PDF

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ozone generator
discharge
ozone
radiator
discharge unit
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French (fr)
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皓貴 内藤
昇 和田
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/10—Preparation of ozone
    • C01B13/11—Preparation of ozone by electric discharge

Definitions

  • This application relates to an ozone generator and an ozone generator set.
  • Ozone (O 3) has a strong oxidizing power. Ozone is used in a wide range of fields such as water purification, sterilization, sterilization and deodorization in the water and sewage treatment field, and surface cleaning in the semiconductor manufacturing field by utilizing its strong oxidizing power. With the recent increase in environmental awareness and the increase in demand for electronic devices, the demand for highly efficient and compact ozone generators is increasing.
  • oxygen (O 2 ) or a raw material gas containing oxygen is passed through a discharge void, an electric field is applied to the discharge void to generate silent discharge, and ozone is generated by this discharge energy.
  • the method is common.
  • about 10% of the input power contributes to ozone generation, and the remaining 90% of the energy is released as heat energy into the discharge void.
  • the discharge void becomes high temperature due to this thermal energy, the generated ozone is decomposed by heat and the ozone generation efficiency is significantly lowered. Therefore, in the ozone generator, the discharge void is generally cooled by the cooler.
  • a plurality of columnar discharge units are arranged in one direction, air-cooled fins in contact with the discharge units are installed, and the direction is orthogonal to the direction in which the plurality of discharge units are arranged in one direction.
  • An ozone generator that cools the discharge unit by blowing cooling air from the direction of cooling has been disclosed (see, for example, Patent Document 1).
  • the columnar discharge unit It is advantageous for the columnar discharge unit to have a large specific surface area of the discharge voids in order to maintain stable discharge and obtain high ozone generation efficiency.
  • cooling air is blown from a direction orthogonal to the direction in which a plurality of discharge units are arranged in one direction to cool the discharge units. Therefore, the number of discharge units is increased in order to increase the amount of ozone generated. It is necessary to increase the area where the cooling air is blown. Therefore, it is necessary to increase the number of coolers as the number of discharge units increases, and there is a problem that the ozone generator becomes large.
  • the present application has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to suppress the increase in size of the ozone generator even when the number of discharge units is increased in order to increase the amount of ozone generated.
  • the ozone generator of the present application has a plurality of columnar discharge units that generate ozone by discharge, a radiator having an insertion hole into which a plurality of discharge units are inserted side by side in a direction orthogonal to the axial direction of the discharge unit, and heat dissipation.
  • a cooler for delivering ozone for cooling the vessel is provided, and the direction in which the cooler delivers the refrigerant is parallel to the direction in which the plurality of discharge units are arranged.
  • the direction in which the cooler sends out the refrigerant is parallel to the direction in which a plurality of discharge units are arranged, so that even if the number of discharge units is increased in order to increase the amount of ozone generated, It is possible to suppress the increase in size of the ozone generator.
  • FIG. It is sectional drawing of the ozone generator which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing of the ozone generator which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a perspective view of the radiator which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing of the ozone generator which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing of the ozone generator which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is sectional drawing of the ozone generator which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a perspective view of the radiator which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is sectional drawing of the ozone generator which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a schematic diagram of the ozone generator set which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. It is a schematic diagram of the ozone generator set which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the ozone generator according to the first embodiment.
  • the ozone generator 1 includes a plurality of cylindrical discharge units 2, a radiator 3 having an insertion hole into which the discharge unit 2 is inserted, and a blower fan 4 as a cooler for cooling the radiator 3. It has.
  • the discharge units 2 are arranged side by side in a direction orthogonal to the axial direction of the discharge unit 2.
  • the blower fan 4 sends out the cooling air W.
  • the direction in which the cooling air W is sent is a direction parallel to the direction in which the discharge units 2 are arranged.
  • the discharge unit 2 includes a ground electrode 10 which is an outer electrode, a dielectric cylinder 11, and a high voltage electrode 12 which is an inner electrode.
  • a discharge gap G is formed between the dielectric cylinder 11 of the discharge unit 2 and the ground electrode 10.
  • the axial direction of the cylindrical discharge unit 2 is the x-axis direction
  • the direction in which the discharge units 2 are arranged is the y-axis direction
  • the directions orthogonal to the x-axis direction and the y-axis direction are the z-axis directions.
  • the cooling air W sent from the blower fan 4 flows in the y-axis direction in the same direction as the direction in which the discharge units 2 are arranged.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view seen from the direction of line AA of FIG.
  • the discharge unit 2 includes a ground electrode 10 which is a cylindrical conductive member, and a cylindrical dielectric cylinder 11 having a central axis aligned with the central axis of the ground electrode 10 inside the ground electrode 10. Are arranged concentrically.
  • the dielectric cylinder 11 is supported inside the ground electrode 10 by the spacer 6, and a discharge gap G is formed between the ground electrode 10 and the dielectric cylinder 11.
  • the high voltage electrode 12 is a thin film-shaped conductive member formed on the inner surface of the dielectric cylinder 11. One end of the dielectric cylinder 11 is closed so that gas does not flow inside the dielectric cylinder 11.
  • the other end of the dielectric tube 11 is open to supply high voltage.
  • the discharge unit 2 is composed of the ground electrode 10, the dielectric cylinder 11, and the high voltage electrode 12.
  • a header 50 is provided for introducing a raw material gas containing oxygen into the discharge unit 2.
  • the other end of the discharge unit 2 is provided with a header 51 from which the ozone-containing gas containing ozone is derived from the discharge unit 2.
  • the arrow 60 indicates the direction of the flow of the raw material gas
  • the arrow 61 indicates the direction of the flow of the ozone-containing gas.
  • the sending direction of the cooling air W is the direction perpendicular to the paper surface.
  • the ozone generator 1 includes a plurality of (three in FIG. 1) discharge units 2. Each discharge unit 2 is arranged at equal intervals in the blowing direction of the blowing fan 4. The axial direction of each discharge unit 2 is a direction orthogonal to the blowing direction. Therefore, the axes of the respective discharge units 2 are parallel to each other.
  • the discharge unit 2 is airtightly configured except for the introduction part and the extraction part of the raw material gas and the ozone-containing gas.
  • a power feeding terminal 41 is inserted into the open end of the dielectric cylinder 11 of the discharge unit 2, and the power feeding terminal 41 is in electrical contact with the high voltage electrode 12.
  • the power supply terminal 41 is connected to the high voltage power supply 40 via an introduction terminal 42 provided in the header 50.
  • the ground terminal of the high voltage power supply 40 is electrically connected so as to have the same potential as the ground electrode 10.
  • a high AC voltage is applied from the high voltage power supply 40 to the high voltage electrode 12 via the power supply terminal 41, and the high voltage of the AC causes a discharge in the discharge gap G.
  • FIG. 3 is a perspective view of the radiator 3.
  • the radiator 3 is provided with three insertion holes 31 arranged in the y-axis direction so that the three discharge units 2 can be arranged side by side in the y-axis direction in which the cooling air W is sent out.
  • the ground electrode 10 of the discharge unit inserted into the insertion hole 31 and the inner wall of the insertion hole 31 are configured to be in contact with each other.
  • the outer peripheral portion of the radiator 3 has fins 21 extending in a direction parallel to the y-axis direction in the direction in which the cooling air W is sent, and grooves 22 formed between the fins 21.
  • the cooling air W sent from the blower fan passes through the groove 22. That is, the direction of the cooling air sent by the blower fan 4 is parallel to the direction in which the plurality of discharge units 2 are arranged.
  • the ground electrode 10 is made of a conductive material, and it is particularly desirable to use a metal material having excellent corrosion resistance such as stainless steel or titanium.
  • the ground electrode 10 can be made thin as long as its mechanical strength can be maintained, or can be made into a thin film formed on the inner surface of the radiator 3. By making the ground electrode 10 thin or thin, the thermal conductivity in the thickness direction of the ground electrode 10 can be improved, and the cooling performance of the ozone generator 1 can be improved. Further, the surface of the ground electrode 10 exposed to the discharge gap G may be covered with an insulating material having excellent corrosion resistance.
  • the ground electrode 10 By coating the ground electrode 10 with an insulating material having excellent corrosion resistance, a general-purpose conductive material having inferior corrosion resistance can be used for the ground electrode 10, and the manufacturing cost of the ozone generator 1 can be reduced. Can be done. Further, by applying thermal grease, conductive grease, or the like between the ground electrode 10 and the radiator 3, a minute gap between the ground electrode 10 and the radiator 3 can be filled with these greases. As a result, the thermal conductivity between the ground electrode 10 and the radiator 3 can be improved.
  • the dielectric cylinder 11 is made of an insulating material, and ceramics having excellent corrosion resistance such as quartz, borosilicate glass and alumina can be used.
  • the high voltage electrode 12 is made of a conductive material, and it is particularly desirable that the high voltage electrode 12 is a conductive thin film formed on the inner surface of the dielectric cylinder 11 by a method such as wet coating, plating, thermal spraying, vacuum deposition, or sputtering.
  • a method such as wet coating, plating, thermal spraying, vacuum deposition, or sputtering.
  • the power supply terminal 41 is made of a conductive material, and it is particularly desirable to use a metal material having excellent corrosion resistance such as stainless steel or titanium.
  • the power feeding terminal 41 is electrically connected to the high voltage electrode 12 by a method such as crimping terminal, soldering, or mechanical contact.
  • crimping terminal soldering
  • mechanical contact a method such as crimping terminal, soldering, or mechanical contact.
  • the tip of the power supply terminal 41 into a brush shape, when the power supply terminal 41 is inserted into the dielectric cylinder 11, the high voltage electrode 12 and the tip of the brush of the power supply terminal 41 come into contact with each other at a plurality of points. This is preferable because an electrical connection can be reliably secured.
  • the spacer 6 is made of a conductive material or an insulating material having excellent corrosion resistance.
  • the spacer 6 is provided so as to hold the dielectric cylinder 11 inside the ground electrode 10 so that the width of the discharge gap G becomes substantially constant in the circumferential direction of the discharge unit 2.
  • the spacer 6 By making the spacer 6 a tape-shaped part or a spring-shaped part having elasticity in the direction orthogonal to the axis of the discharge unit 2 and arranging the spacers evenly in the circumferential direction of the dielectric cylinder 11, the gap of the discharge gap G can be varied. It can be suppressed.
  • the gap of the discharge gap G is preferably in the range of 0.1 mm to 10 mm.
  • the gap of the discharge gap G is particularly preferably in the range of 0.2 mm to 0.6 mm.
  • the headers 50 and 51 are made of a conductive material or an insulating material having excellent corrosion resistance. Since it is necessary to make the discharge unit 2 airtight, it is preferable to use stainless steel, fluororesin, or the like having excellent workability for the headers 50 and 51.
  • a conductive material such as stainless steel is used for the headers 50 and 51, between the high voltage electrodes 12 and the headers 50 and 51 so that no electric discharge is generated between the high voltage electrodes 12 and the headers 50 and 51. It is necessary to secure an insulation distance.
  • an insulating material such as fluororesin is used for the headers 50 and 51, no discharge is generated between the high voltage electrode 12 and the headers 50 and 51, so that the headers 50 and 51 can be made smaller.
  • the raw material gas is circulated in one direction from the header 50 to the header 51. Therefore, the ozone generated in the discharge gap G always flows toward the header 51 and does not flow back in the direction of the header 50. Therefore, when ozone is present in the discharge unit 2, the backflow of ozone can be prevented by always circulating the raw material gas in the discharge unit 2, and the header 50, the introduction terminal 42, and the like are corroded by the backflowed ozone. It can be prevented from being done. Further, by preventing the backflow of ozone, a general-purpose material having inferior corrosion resistance can be applied to the header 50, the introduction terminal, and the like, so that the equipment cost can be reduced.
  • the introduction terminal 42 is a terminal that electrically connects the high voltage power supply 40 and the power supply terminal 41 while maintaining the airtightness inside the header 50.
  • a general-purpose voltage introduction terminal composed of a conductor, an insulator, and packing can be used.
  • the blower fan 4 only needs to be able to create an air flow for cooling the discharge unit 2, and a general-purpose blower such as a propeller fan can be used.
  • the radiator 3 is made of a material having excellent thermal conductivity, and it is preferable to use a conductive material having excellent thermal conductivity such as aluminum and copper. In particular, by using aluminum which is inexpensive and has excellent workability, the manufacturing cost of the radiator 3 can be reduced.
  • the raw material gas may contain at least oxygen, and air, oxygen, or a mixed gas of oxygen and an inert gas can be used.
  • an inert gas a rare gas, carbon dioxide or the like is used.
  • the pressure of the raw material gas supplied to the discharge gap G is preferably 0.05 MPaG to 0.2 MPaG. If it is 0.05 MPaG or more, ozone is efficiently generated. Further, when it is 0.2 MPaG or less, it is not necessary to raise the discharge pressure of the raw material gas supply device more than necessary. By setting the pressure of the raw material gas to 0.05 MPaG to 0.2 MPaG, the ozone generation efficiency can be economically improved. In addition, even when the size of the ozone generator is increased, by setting it to less than 0.2 MPaG, the ozone generator does not fall under the Type 2 pressure vessel regulation, and legal restrictions are reduced and handling becomes easier. There are also advantages such as.
  • a raw material gas containing oxygen is introduced into the header 50 from the outside.
  • the raw material gas introduced into the header passes through the discharge gap G formed between the ground electrode 10 and the dielectric cylinder 11, and is led out from the header 51 to the outside. Further, the blower fan 4 is activated, and the cooling air is blown to the radiator 3.
  • the high voltage power supply 40 is operated, and a high voltage of alternating current is applied between the ground electrode 10 and the high voltage electrode 12, and a discharge is formed in the discharge gap G.
  • the electric discharge is uniformly formed between the ground electrode 10 and the high voltage electrode 12 in the circumferential direction and the axial direction of the discharge unit 2.
  • the discharge unit 2 is a tubular member extending in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1, the raw material gas is repeatedly exposed to discharge when passing through the discharge gap G, and a large amount of ozone is generated.
  • the heat generated inside the discharge unit 2 due to the discharge is transferred to the radiator 3 by heat conduction and cooled by the cooling air.
  • a part of the atomic oxygen generated by the formula (1) becomes ozone by the reaction represented by the formula (2).
  • M is the third body of the reaction and represents any molecule or atom in the gas. O + O 2 + M ⁇ O 3 + M ... (2)
  • Equation k 2 of equation (2) related to ozone production and the reaction rate constant k 3 of equation (3) related to decomposition are represented by equations (5) and (6), respectively.
  • Ea and Eb are activation energies (positive values) determined by the type of the third body M, respectively.
  • the discharge unit is cooled by blowing cooling air from a direction parallel to the direction in which the plurality of discharge units are arranged in one direction. Even if it increases, the area where the cooling air is blown does not expand, only the blowing distance increases. That is, the ozone generator of the present embodiment does not need to increase the number of coolers even when the amount of ozone generated is increased, and it is possible to suppress the increase in size.
  • the ozone generator of the present embodiment uses one radiator in which a plurality of discharge units are inserted side by side, but the plurality of discharge units may each be provided with an individual radiator.
  • the plurality of discharge units may each be provided with an individual radiator.
  • a temperature difference is generated between the radiator located on the upstream side and the radiator located on the downstream side of the cooling air, and the temperature difference is generated between the plurality of discharge units.
  • a large temperature difference may occur.
  • the ozone generation efficiency of the discharge unit located on the downstream side may decrease.
  • the ozone generator provided with one radiator in which a plurality of discharge units are inserted side by side as in the present embodiment, the heat generated by the plurality of discharge units is diffused to the entire radiator through the radiator. Therefore, the temperature difference between the plurality of discharge units becomes small. As a result, it is possible to avoid a decrease in ozone generation efficiency of the discharge unit located on the downstream side.
  • the power supply applied to the present embodiment does not necessarily have a high AC voltage if a stable discharge can be formed. It does not have to be a voltage power supply, and may be, for example, a pulse power supply.
  • the peak value, frequency, duty ratio, etc. of the voltage output from the high-voltage power supply depend on various conditions such as the gap of the discharge gap G, the structure of the discharge unit such as the thickness of the dielectric cylinder, and the composition of the raw material gas. It can be determined as appropriate.
  • the peak value of the voltage is preferably in the range of 1 kV to 20 kV. If the peak value of the voltage is 1 kV or more, a stable discharge is formed, and if it is 50 kV or less, it is not necessary to increase the size of the power supply and the sophistication of electrical insulation.
  • the frequency of the voltage output from the high voltage power supply can be appropriately selected from a commercial frequency (several tens of Hz) to an ultra-short wave (several hundreds of MHz).
  • a commercial frequency voltage is used, the structure of the high-voltage power supply is simplified, adjustments such as electrical matching are facilitated, and manufacturing costs, maintenance costs, etc. can be suppressed.
  • a high-frequency voltage of several kHz to several 100 MHz is used, charged particles such as electrons generated by the discharge are captured in the discharge void G by the high-frequency AC electric field, and the reaction shown in Eq. (1) can easily proceed. It has the advantage of improving the efficiency of ozone generation.
  • the fins 21 and the groove 22 of the radiator 3 need only be able to circulate the air blown from the blower fan 4 in the direction orthogonal to the axis of the discharge unit 2, and the fins 21 are inclined with respect to the blow direction of the cooling air W.
  • a through hole, unevenness, or the like may be provided on the side surface of the fin 21.
  • the heat transfer coefficient from the fin 21 to the air is improved, and the ozone generator 1 Cooling performance can be improved.
  • the surface of the radiator 3 may be treated with black coating or black alumite processing. By making the surface of the radiator 3 black, it is possible to promote heat radiation on the surface and improve the cooling performance of the ozone generator 1.
  • the ground electrode 10 and the radiator 3 can be electrically connected to have the same potential.
  • the ground electrode 10 can be made the same potential as the ground potential of the high-voltage power supply 40.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of another ozone generator according to the present embodiment.
  • the discharge unit 2 includes a radiator 3 that also serves as a ground electrode, a dielectric cylinder 11, and a high voltage electrode 12 that is an inner electrode.
  • a spacer 6 is installed between the radiator 3 of the discharge unit 2 and the dielectric cylinder 11, and a discharge gap G is formed.
  • the ozone generator configured in this way, the number of parts is reduced and the manufacturing cost is reduced. Even when a general-purpose conductive material having inferior corrosion resistance is used for the radiator 3, the surface exposed to the discharge void G is covered with an insulating material having excellent corrosion resistance. Can also be used as a ground electrode.
  • a blower fan is used as the cooler and air is used as the refrigerant
  • a liquid circulation pump can be used as the cooler and a liquid refrigerant such as water or chlorofluorocarbon can be used as the refrigerant.
  • a liquid circulation pump as a cooler and using a liquid refrigerant as a refrigerant
  • the cooling performance of the ozone generator can be further improved.
  • the blower fan is used as the cooler and air is used as the refrigerant
  • the refrigerant preparation and the circulation piping are compared with the case where the liquid circulation pump and the liquid refrigerant are used. It becomes unnecessary to make the ozone generator compact, and it is possible to suppress the manufacturing cost and the maintenance cost of the ozone generator.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the ozone generator according to the second embodiment.
  • the ozone generator 1 sends out a plurality of cylindrical discharge units 2, a radiator 3 having an insertion hole into which the discharge unit 2 is inserted, and a cooling air W for cooling the radiator 3. It is equipped with a fan 4.
  • the ozone generator 1 of the present embodiment includes a heat relaxation unit 23 between the discharge unit 2 and the insertion hole of the radiator 3.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken from the direction of line BB of FIG. As shown in FIG. 6, the heat relaxation unit 23 is arranged in contact with the outer peripheral surface of the discharge unit 2 and the inner peripheral surface of the insertion hole of the radiator 3.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken from the direction of line BB of FIG. As shown in FIG. 6, the heat relaxation unit 23 is arranged in contact with the outer peripheral surface of the discharge unit 2 and the inner peripheral surface of the insertion hole of the radiator 3.
  • the radiator 3 is provided with one insertion hole 31 so that the three discharge units 2 can be arranged side by side in the y-axis direction in which the cooling air W is sent out. Further, a heat relaxation unit 23 having three holes into which the discharge units 2 arranged side by side in the y-axis direction can be inserted is inserted into the insertion holes 31. The heat relaxation unit 23 is arranged in contact with the outer peripheral surface of the discharge unit inserted into the three holes and the inner peripheral surface of the insertion hole 31 of the radiator 3.
  • the heat relaxation unit 23 is made of a material having excellent thermal conductivity, and is particularly preferably made of copper, silver, aluminum, or the like.
  • the ozone generator configured in this way cools the discharge units by blowing cooling air from a direction parallel to the direction in which the plurality of discharge units are arranged in one direction. Even if the number of discharge units increases, the area where the cooling air is blown does not expand, only the blowing distance increases. That is, the ozone generator of the present embodiment can suppress the increase in size even when the amount of ozone generated is increased.
  • the heat relaxation unit 23 having excellent thermal conductivity is provided so as to be in contact with all the outer peripheral surfaces of the discharge unit 2, the temperatures of all the discharge units 2 are averaged. , It is possible to suppress a decrease in ozone generation efficiency of the discharge unit 2 located on the downstream side. Furthermore, by providing the heat relaxation unit 23 having excellent thermal conductivity, the high thermal conductivity required for the radiator 3 is alleviated, so that the radiator 3 is inferior in thermal conductivity but excellent in corrosion resistance. It will be possible to apply stainless steel, brass with excellent workability, etc.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the ozone generator according to the third embodiment.
  • the ozone generator of the present embodiment has a wind tunnel 24 provided in the same configuration as that of the first embodiment.
  • the ozone generator 1 of the present embodiment includes a wind tunnel 24 that covers the periphery of the radiator 3.
  • the cooling air W sent from the blower fan flows in the space between the radiator 3 and the wind tunnel 24.
  • the wind tunnel 24 need only have mechanical strength against the wind pressure of the cooling air, and a general-purpose material can be applied.
  • the range in which the cooling air W sent from the blower fan flows is limited to the inside of the wind tunnel, so that the airflow in contact with the radiator 3 increases, and the cooling performance of the ozone generator 1 increases. Can be improved.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of another ozone generator according to the present embodiment.
  • the inner wall of the wind tunnel 24 of the ozone generator 1 may be brought into contact with the fins 21 of the radiator 3.
  • the wind tunnel 24 is preferably made of aluminum or the like having excellent thermal conductivity.
  • FIG. 10 is a schematic view showing the configuration of the ozone generator set according to the fourth embodiment.
  • the ozone generator 1 shown in the first to third embodiments is arranged in a direction parallel to the axial direction of the discharge unit and the discharge unit 2. It is provided in four layers in a direction orthogonal to the vertical direction.
  • the ozone generator set 70 configured in this way, when the gas pipes are connected and operated in parallel with each ozone generator 1, it is proportional to the number of ozone generators 1 with a small installation area. A large amount of ozone can be generated. Further, when the gas pipes are connected in series to each ozone generator 1 for operation, the raw material gas repeatedly flows through the discharge voids, so that a high concentration of ozone can be obtained with a small installation area of the device. ..
  • each ozone generator 1 may be provided with a high voltage power supply. By providing each ozone generator 1 with a high-voltage power supply, the ozone generation amount can be individually adjusted by each ozone generator 1, so that the ozone generation amount as the ozone generator set 70 can be controlled with high accuracy.
  • the ozone generator set 70 configured in this way, even if one ozone generator 1 fails, it can be repaired by replacing only the failed ozone generator 1, and the ozone generator set 70 can be repaired. The time required for maintenance can be shortened, and the maintenance cost can be reduced.

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Abstract

オゾン生成量を増やすために放電ユニットの数を増やしても、オゾン発生装置の大型化を抑制することを目的とする。　放電によってオゾンを発生させる円柱状の複数の放電ユニット（２）と、放電ユニットの軸方向と直交する方向に複数の放電ユニットが並べて挿入される挿入孔を有する放熱器（３）と、放熱器を冷却する冷媒を送出する冷却器とを備えたオゾン発生装置（１）であり、冷却器が冷媒を送出する方向は、複数の放電ユニットが並べられた方向と平行な方向である。

Description

オゾン発生装置およびオゾン発生装置セット
　本願は、オゾン発生装置およびオゾン発生装置セットに関する。
　オゾン（O３）は強い酸化力を有している。オゾンは、その強い酸化力が利用されて、上下水処理分野での水浄化、殺菌、滅菌および脱臭、並びに半導体製造分野での表面洗浄などの多岐に渡る分野で利用されている。近年の環境意識の高まり、電子機器の需要増加などに伴い、高効率かつコンパクトなオゾン発生装置の需要が高まっている。
　オゾンを工業的に発生させる方法としては、酸素（O２）または酸素を含む原料ガスを放電空隙に流し、放電空隙に電界を印加して無声放電を発生させ、この放電エネルギーでオゾンを生成する方法が一般的である。現在のオゾン発生装置では、投入電力のうちオゾン生成に寄与するエネルギーは１０％程度であり、残りの９０％のエネルギーは放電空隙に熱エネルギーとして放出される。この熱エネルギーが原因となり放電空隙が高温になると、生成されたオゾンが熱によって分解されてオゾンの発生効率が著しく低下してしまう。そのため、オゾン発生装置では冷却器によって放電空隙の冷却が一般的に行われる。
　冷却器を備えたオゾン発生装置として、円柱状の複数の放電ユニットを一方向に並べ、この放電ユニットに接触させた空冷フィンを設置し、複数の放電ユニットが一方向に並べられた方向と直交する方向から冷却風を送風して放電ユニットを冷却するオゾン発生装置が開示されていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５－６７４６４号公報
　円柱状の放電ユニットは、安定な放電の維持および高いオゾン生成効率を得るためには、放電空隙の比表面積が大きい方が有利である。また、１つの放電ユニットで生成されるオゾン量には限界がある。そのため、オゾン生成量を増やす場合、放電ユニットを長くすると共に、並べて配置する放電ユニットの数を増やす必要がある。従来のオゾン発生装置では、複数の放電ユニットが一方向に並べられた方向と直交する方向から冷却風を送風して放電ユニットを冷却しているので、オゾン生成量を増やすために放電ユニットの数を増やすと、冷却風を送風する面積を拡大する必要がある。そのため、放電ユニットの数の増加に伴って冷却器も増やす必要があり、オゾン発生装置が大型化するという問題があった。
　本願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、オゾン生成量を増やすために放電ユニットの数を増やした場合でも、オゾン発生装置の大型化を抑制することを目的とする。
　本願のオゾン発生装置は、放電によってオゾンを発生させる円柱状の複数の放電ユニットと、放電ユニットの軸方向と直交する方向に複数の放電ユニットが並べて挿入される挿入孔を有する放熱器と、放熱器を冷却する冷媒を送出する冷却器とを備えており、冷却器が冷媒を送出する方向は、複数の放電ユニットが並べられた方向と平行な方向である。
　本願のオゾン発生装置は、冷却器が冷媒を送出する方向を複数の放電ユニットが並べられた方向と平行な方向としているので、オゾン生成量を増やすために放電ユニットの数を増やした場合でも、オゾン発生装置の大型化を抑制することができる。
実施の形態１に係るオゾン発生装置の断面図である。 実施の形態１に係るオゾン発生装置の断面図である。 実施の形態１に係る放熱器の斜視図である。 実施の形態１に係るオゾン発生装置の断面図である。 実施の形態２に係るオゾン発生装置の断面図である。 実施の形態２に係るオゾン発生装置の断面図である。 実施の形態２に係る放熱器の斜視図である。 実施の形態３に係るオゾン発生装置の断面図である。 実施の形態３に係るオゾン発生装置の断面図である。 実施の形態４に係るオゾン発生装置セットの模式図である。
　以下、本願を実施するための実施の形態に係るオゾン発生装置およびオゾン発生装置セットについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るオゾン発生装置の構成を示す断面図である。図１において、オゾン発生装置１は、円筒状の複数の放電ユニット２と、放電ユニット２が挿入される挿入孔を備えた放熱器３と、放熱器３を冷却する冷却器として送風ファン４とを備えている。放電ユニット２は、放電ユニット２の軸方向と直交する方向に並べて配置されている。送風ファン４は冷却風Ｗを送出する。冷却風Ｗが送出される方向は、放電ユニット２が並べられた方向と平行な方向である。放電ユニット２は、外側電極である接地電極１０と、誘電体筒１１と、内側電極である高電圧電極１２とを備えている。放電ユニット２の誘電体筒１１と接地電極１０との間には、放電空隙Ｇが形成されている。ここで、円筒状の放電ユニット２の軸方向をｘ軸方向、放電ユニット２が並べられた方向をｙ軸方向、ｘ軸方向およびｙ軸方向に直交する方向をｚ軸方向とする。送風ファン４から送出される冷却風Ｗは、放電ユニット２が並べられた方向と同じ方向のｙ軸方向に流れる。
　図２は、図１のＡ－Ａ線方向から見た断面図である。図２に示すように、放電ユニット２は、円筒状の導電性部材である接地電極１０と、その内部に接地電極１０の中心軸と一致させた中心軸をもつ円筒状の誘電体筒１１とが同心円状に配置されている。誘電体筒１１は、スペーサ６によって接地電極１０の内部に支持され、接地電極１０と誘電体筒１１との間に放電空隙Ｇが形成されている。高電圧電極１２は、誘電体筒１１の内面に形成された薄膜状の導電性部材である。誘電体筒１１の一方の端部は、誘電体筒１１の内部をガスが流通しないように閉じられている。誘電体筒１１の他方の端部は、高電圧を給電するために開放されている。接地電極１０と、誘電体筒１１と、高電圧電極１２とで放電ユニット２が構成されている。放電ユニット２の一端部には、酸素を含む原料ガスが放電ユニット２に導入されるヘッダ５０が設けられている。また、放電ユニット２の他端部には、オゾンを含んだオゾン含有ガスが放電ユニット２から導出されるヘッダ５１が設けられている。図２において、矢印６０は原料ガスの流れの方向を、矢印６１はオゾン含有ガスの流れの方向をそれぞれ表す。図２において、冷却風Ｗの送出方向は紙面に垂直な方向である。
　オゾン発生装置１は、複数（図１では３つ）の放電ユニット２を備えている。それぞれの放電ユニット２は、送風ファン４の送風方向に等間隔で配置されている。それぞれの放電ユニット２の軸方向は送風方向に対して直交する方向である。したがって、それぞれの放電ユニット２の軸は互いに平行である。
　原料ガスおよびオゾン含有ガスの導入部および導出部を除き、放電ユニット２は、気密に構成されている。放電ユニット２の誘電体筒１１の開放された一端には給電端子４１が挿入され、給電端子４１は高電圧電極１２と電気的に接触している。給電端子４１は、ヘッダ５０に設けられた導入端子４２を介して高電圧電源４０に接続されている。高電圧電源４０の接地端子は、接地電極１０と同電位となるように電気的に接続されている。高電圧電源４０から給電端子４１を介して高電圧電極１２に交流の高電圧が印加され、この交流の高電圧によって放電空隙Ｇに放電が発生する。
　図３は、放熱器３の斜視図である。放熱器３は、冷却風Wが送出される方向のｙ軸方向に３つの放電ユニット２を並べて配置できるように、ｙ軸方向に並んだ３つの挿入孔３１を備えている。挿入孔３１に挿入される放電ユニットの接地電極１０と挿入孔３１の内壁とは接触するように構成されている。また、放熱器３の外周部には、冷却風Wが送出される方向のｙ軸方向と平行な方向に延びるフィン２１と、フィン２１の間に形成された溝２２とを有している。送風ファンから送出される冷却風Ｗは、溝２２を通過する。つまり、送風ファン４が送出する冷却風の方向を複数の放電ユニット２が並べられた方向と平行な方向としている。
　本実施の形態のオゾン発生装置において、接地電極１０は導電性材料で構成されており、とくにステンレス鋼またはチタンなどの耐腐食性に優れた金属材料を用いることが望ましい。接地電極１０は、その機械強度が維持できる範囲で薄くしたり、放熱器３の内面に形成した薄膜としたりすることができる。接地電極１０を薄くしたり、薄膜としたりすることで、接地電極１０の厚さ方向の熱伝導性が向上し、オゾン発生装置１の冷却性能を向上させることができる。また、接地電極１０の放電空隙Ｇに露出している面を耐腐食性に優れた絶縁材料で被覆してもよい。接地電極１０を耐腐食性に優れた絶縁材料で被覆することで、接地電極１０に耐腐食性の劣る汎用の導電性材料を使用できるようになり、オゾン発生装置１の製造コストを低減することができる。また、接地電極１０と放熱器３との間に放熱グリース、伝導性グリースなどを塗布することで、接地電極１０と放熱器３との間に微小な空隙をこれらのグリースで埋めることができる。その結果、接地電極１０と放熱器３との間の熱伝導性を向上させることができる。
　誘電体筒１１は絶縁材料で構成されており、石英、ホウ珪酸ガラスおよびアルミナなどの耐腐食性に優れたセラミックスなどを用いることができる。
　高電圧電極１２は導電性材料で構成されており、とくに誘電体筒１１の内面に湿式のコーティング、メッキ、溶射、真空蒸着、スパッタリングなどの方法で形成された導電性薄膜であることが望ましい。これらの方法で高電圧電極１２を形成することで、誘電体筒１１と高電圧電極１２との密着性を向上させることができ、誘電体筒１１と高電圧電極１２との間で発生する異常放電を抑制できる。また、高電圧電極１２を薄膜で形成することで、高電圧電極１２の重量を削減することができ、誘電体筒１１およびスペーサ６に求められる機械強度を緩和させることができる。
　給電端子４１は導電性材料で構成されており、とくにステンレス鋼またはチタンなどの耐腐食性に優れた金属材料を用いることが望ましい。給電端子４１は、圧着端子、半田付け、機械的に接触させるなどの方法で高電圧電極１２に電気的に接続されている。とくに、給電端子４１の先端をブラシ形状とすることで、給電端子４１を誘電体筒１１に挿入した際に高電圧電極１２と給電端子４１のブラシの先端とが複数の点で接触し、より確実に電気的な接続が確保できるため好ましい。
　スペーサ６は耐腐食性に優れた導電性材料または絶縁材料などで構成されている。このスペーサ６は、放電ユニット２の周方向に放電空隙Ｇの幅がおおよそ一定となるように、接地電極１０の内側で誘電体筒１１を保持するように設けられている。スペーサ６をテープ形状の部品または放電ユニット２の軸に直交する方向に弾性を有するバネ形状の部品とし、誘電体筒１１の周方向に均等に配置することで、放電空隙Ｇのギャップのばらつきを抑制することができる。
　放電空隙Ｇのギャップは、０．１ｍｍから１０ｍｍの範囲であることが望ましい。放電空隙Ｇのギャップが０．１ｍｍ以上であれば、放電ユニット２の周方向に放電空隙Ｇのギャップを均一に保つことが容易になる。また、放電空隙Ｇのギャップが１０ｍｍ以下であれば、放電を形成するための電圧を必要以上に高くする必要がない。放電空隙Ｇのギャップは、とくに０．２ｍｍから０．６ｍｍの範囲であることが好ましい。放電空隙Ｇのギャップをこの範囲に設定することにより、放電空隙Ｇの比表面積が増加し、放電空隙Ｇの冷却効率を向上させることができる。
　ヘッダ５０、５１は、耐腐食性に優れた導電性材料または絶縁材料で構成されている。放電ユニット２を気密にする必要があるため、ヘッダ５０、５１は加工性に優れたステンレス鋼、フッ素樹脂などを使用することが好ましい。ヘッダ５０、５１にステンレス鋼などの導電性材料を用いる場合は、高電圧電極１２とヘッダ５０、５１との間に放電が発生しないように、高電圧電極１２とヘッダ５０、５１との間の絶縁距離を確保する必要がある。ヘッダ５０、５１にフッ素樹脂などの絶縁材料を用いる場合は、高電圧電極１２とヘッダ５０、５１との間に放電は発生しないため、ヘッダ５０、５１を小型にすることができる。
　また、本実施の形態のオゾン発生装置では、ヘッダ５０からヘッダ５１に向かって一方向に原料ガスを流通させている。そのため、放電空隙Ｇで発生したオゾンは常にヘッダ５１に向かって流れ、ヘッダ５０の方向へは逆流しない。したがって、放電ユニット２内にオゾンが存在する場合は、常に原料ガスを放電ユニット２内に流通させることで、オゾンの逆流を防ぐことができ、ヘッダ５０、導入端子４２などが逆流したオゾンで腐食されるのを防ぐことができる。また、オゾンの逆流を防ぐことで、ヘッダ５０、導入端子などに耐腐食性の劣る汎用の材料を適用できるので、装置コストを低下させることができる。
　導入端子４２は、ヘッダ５０の内部の気密を保ちつつ、高電圧電源４０と給電端子４１とを電気的に接続する端子である。導入端子４２として、例えば導体と碍子とパッキンとで構成される汎用の電圧導入端子を用いることができる。送風ファン４は、放電ユニット２を冷却するための気流を作り出すことができればよく、プロペラファンなど汎用の送風機を使用することができる。
　放熱器３は熱伝導性に優れた材料で構成されており、アルミニウム、銅などの熱伝導性に優れた導電性材料を用いることが好ましい。とくに、安価で加工性に優れたアルミニウムを利用することで、放熱器３の製造コストを低減させることができる。
　原料ガスは少なくとも酸素を含んでいればよく、空気、酸素、または酸素と不活性ガスとの混合ガスなどを用いることができる。不活性ガスとしては、希ガス、二酸化炭素などが用いられる。放電空隙Ｇに供給される原料ガスの圧力は、０．０５ＭＰａＧ～０．２ＭＰａＧであることが望ましい。０．０５ＭＰａＧ以上であれば、効率よくオゾンが生成される。また、０．２ＭＰａＧ以下であれば、原料ガス供給装置の吐出圧を必要以上に高くする必要がない。原料ガスの圧力を０．０５ＭＰａＧ～０．２ＭＰａＧとすることで、経済的にオゾン発生効率を向上させることができる。また、オゾン発生装置を大型化した際にも、０．２ＭＰａＧ未満とすることで、オゾン発生装置が第二種圧力容器規定に該当しなくなり、法令上の制約が軽減されて取り扱いが容易になるなどの利点もある。
　次に、本実施の形態に係るオゾン発生装置の基本動作について説明する。外部からヘッダ５０に酸素を含む原料ガスが導入される。ヘッダに導入された原料ガスは、接地電極１０と誘電体筒１１との間に形成された放電空隙Ｇを通過して、ヘッダ５１から外部に導出される。また、送風ファン４が起動され、放熱器３に冷却風の送風が行われる。その後、高電圧電源４０が動作され、接地電極１０と高電圧電極１２との間に交流の高電圧が印加されて、放電空隙Ｇに放電が形成される。放電は、接地電極１０と高電圧電極１２との間で、放電ユニット２の周方向および軸方向に均一に形成される。原料ガスが放電空隙Ｇを通過する過程で、原料ガスに含まれる酸素が放電と接触し、オゾンが発生する。放電ユニット２は、図１において紙面に垂直な方向に延びる筒状の部材であるため、放電空隙Ｇを通過する際に原料ガスは繰り返し放電に曝されて多量のオゾンが発生する。放電によって放電ユニット２の内部で発生した熱は熱伝導によって放熱器３に伝わり、冷却風によって冷却される。
　次に、放電によってオゾンが生成および分解されるメカニズム、並びにオゾンの生成および分解における放電空隙Ｇの温度Ｔの影響について説明する。接地電極１０と高電圧電極１２との間に交流の高電圧が印加されると、高電圧によって放電空隙Ｇの空間に存在する電子が加速される。このとき、酸素分子が高エネルギーの電子と衝突すると（１）式で表される分解反応が生じる。ここで、ｅは電子、Ｏが原子状酸素である。
　　ｅ＋Ｏ２→２Ｏ・・・（１）
　（１）式で発生した原子状酸素の一部は、（２）式で表される反応によりオゾンとなる。ここで、Ｍは反応の第三体であり、気体中のあらゆる分子または原子を表す。
　　Ｏ＋Ｏ２＋Ｍ→Ｏ３＋Ｍ・・・（２）
　一方、放電空隙Ｇ内では、（３）式および（４）式で表わされるオゾンの分解反応も同時に生じる。
　　Ｏ３＋Ｍ→Ｏ２＋Ｏ＋Ｍ・・・（３）
　　Ｏ３＋ｅ→Ｏ２＋Ｏ＋ｅ・・・（４）
　以上が放電によってオゾンが発生および分解されるメカニズムである。
　次に、放電空隙Ｇの温度の影響について説明する。オゾンの生成に関わる（２）式の反応速度定数ｋ２、および分解に関わる（３）式の反応速度定数ｋ３は、それぞれ（５）式および（６）式で表わされる。ここで、Ｅａ、Ｅｂはそれぞれ第三体Ｍの種類によって決まる活性化エネルギー（正の値）である。
　　ｋ２∝ｅｘｐ（Ｅａ／Ｔ）・・・（５）
　　ｋ３∝ｅｘｐ（－Ｅｂ／Ｔ）・・・（６）
　（５）式および（６）式で表わされるように、放電空隙Ｇの温度Ｔが高くなると、ｋ２は小さく、ｋ３は大きくなる。つまり、温度Ｔが高くなると、（２）式に示す反応によるオゾンの生成量が減少し、（３）式に示す反応によるオゾンの分解量が増加する。したがって、高効率にオゾンを発生させるためには、放電空隙Ｇの温度を低く保つことが重要である。
　オゾン発生装置のオゾン発生量を増やす場合、並べて配置する放電ユニットの数を増やす必要がある。複数の放電ユニットが一方向に並べられた方向と直交する方向から冷却風を送風して放電ユニットを冷却すると、放電ユニットの増加に伴って冷却風を送風する面積を拡大するため、冷却器を増やす必要がある。
　これに対して、本実施の形態のオゾン発生装置は、複数の放電ユニットが一方向に並べられた方向と平行な方向から冷却風を送風して放電ユニットを冷却しているので、放電ユニットが増加しても、送風距離が延びるだけで冷却風を送風する面積は拡大しない。つまり、本実施の形態のオゾン発生装置は、オゾン生成量を増やす場合でも冷却器を増やす必要がなく、大型化を抑制することができる。
　本実施の形態のオゾン発生装置では、複数の放電ユニットが並べて挿入される１つの放熱器を用いているが、複数の放電ユニットにそれぞれ個別の放熱器を備えていてもよい。ただし、複数の放電ユニットにそれぞれ個別の放熱器を備えたオゾン発生装置では、冷却風の上流側の放熱器と下流側に位置する放熱器とに温度差を生じ、複数の放電ユニットの間に大きな温度差を生じる場合がある。その結果、下流側に位置する放電ユニットのオゾン発生効率が低下する場合がある。それに対して、本実施の形態のように複数の放電ユニットが並べて挿入される１つの放熱器を備えたオゾン発生装置では、放熱器を介して複数の放電ユニットの発熱が放熱器全体に拡散されるので、複数の放電ユニットの間の温度差は小さくなる。その結果、下流側に位置する放電ユニットのオゾン発生効率の低下を避けることができる。
　なお、本実施の形態のオゾン発生装置においては、放電形成に交流の高電圧を用いた例について説明したが、本実施の形態に適用される電源は安定して放電が形成できれば必ずしも交流の高電圧電源である必要はなく、例えば、パルス電源などであってもよい。
　また、高電圧電源から出力される電圧の波高値、周波数、およびデューティー比などは、放電空隙Ｇのギャップ、誘電体筒の厚さなどの放電ユニットの構造、原料ガスの組成などの諸条件に応じて適宜決定することができる。一般に、電圧の波高値は１ｋＶから２０ｋＶの範囲が望ましい。電圧の波高値が１ｋＶ以上であれば安定した放電が形成され、また５０ｋＶ以下であれば、電源の大型化および電気絶縁の高度化が不要となる。
　また、高電圧電源から出力される電圧の周波数は、商用周波数（数１０Ｈｚ）から超短波（数１００ＭＨｚ）まで適宜選択することができる。商用周波数の電圧を使用する場合は、高電圧電源の構造が簡素となり、また電気整合などの調整も容易になり、製造コスト、保守コストなどを抑制することができる。数ｋＨｚから数１００ＭＨｚの高周波の電圧を使用する場合、放電で発生した電子などの荷電粒子が高周波の交流電界で放電空隙Ｇに捕捉され、（１）式に示す反応が進行し易くなるため、オゾンの発生効率が向上するという利点がある。
　放熱器３のフィン２１および溝２２は、送風ファン４から送風された空気を、放電ユニット２の軸に直交する方向に流通できればよく、フィン２１を冷却風Ｗの送風の方向に対して傾斜させたり、フィン２１の側面に貫通孔、凸凹部などを設けたりしてもよい。冷却風Ｗの送風の方向に対して傾斜させたり、フィン２１の側面に貫通孔、凸凹部などを設けたりすることで、フィン２１から空気への熱伝達率が向上し、オゾン発生装置１の冷却性能を向上させることができる。また、放熱器３の表面に黒色の塗装または黒アルマイト加工などの処理を行ってもよい。放熱器３の表面を黒色とすることで、表面の熱輻射を促進し、オゾン発生装置１の冷却性能を向上することができる。
　また、放熱器３を導電性材料で構成した場合、接地電極１０と放熱器３とを電気的に接続して同電位とすることができる。このように構成すれば、高電圧電源４０の接地電位を放熱器３に接続することで、接地電極１０を高電圧電源４０の接地電位と同電位にすることができる。このように構成することで、接地電極１０と高電圧電源４０との間を直接接続する必要がなく、オゾン発生装置の構成が簡単になる。
　さらに、放熱器３を耐腐食性に優れた導電性材料で構成することで、放熱器３が接地電極１０を兼用することもできる。図４は、本実施の形態の別のオゾン発生装置の構成を示す断面図である。図４に示すように、このオゾン発生装置においては、放電ユニット２は、接地電極を兼用する放熱器３と、誘電体筒１１と、内側電極である高電圧電極１２とを備えている。放電ユニット２の放熱器３と誘電体筒１１との間にはスペーサ６が設置されて放電空隙Ｇが形成されている。このように構成されたオゾン発生装置は、部品数が削減されて製造コストが低下する。なお、放熱器３に耐腐食性の劣る汎用の導電性材料を使用する場合であっても、放電空隙Ｇに露出する面を耐腐食性に優れた絶縁材料で被覆することで、放熱器３を接地電極と兼用させることができる。
　なお、本実施の形態では、冷却器として送風ファンを用い、冷媒として空気を用いたが、冷却器として液体循環ポンプを使用し、冷媒として水またはフロンなどの液体冷媒を使用することもできる。冷却器として液体循環ポンプを使用し、冷媒として液体冷媒を使用することで、オゾン発生装置の冷却性能を更に向上させることができる。ただし、本実施の形態に示すように、冷却器として送風ファンを使用し、冷媒として空気を使用する場合は、液体循環ポンプおよび液体冷媒を使用する場合と比較して、冷媒の準備、循環配管などが不要になり、オゾン発生装置をコンパクトにしたり、オゾン発生装置の製造コストおよび保守コストを抑制したりすることができる。
実施の形態２．
　図５は、実施の形態２に係るオゾン発生装置の構成を示す断面図である。図５において、オゾン発生装置１は、円筒状の複数の放電ユニット２と、放電ユニット２が挿入される挿入孔を備えた放熱器３と、放熱器３を冷却する冷却風Ｗを送出する送風ファン４とを備えている。本実施の形態のオゾン発生装置１は、放電ユニット２と放熱器３の挿入孔との間に熱緩和部２３を備えている。
　図６は、図１のＢ－Ｂ線方向から見た断面図である。図６に示すように、熱緩和部２３は、放電ユニット２の外周面と放熱器３の挿入孔の内周面とに接触して配置されている。
　図７は、放熱器３の斜視図である。放熱器３は、冷却風Wが送出される方向のｙ軸方向に３つの放電ユニット２を並べて配置できるように、１つの挿入孔３１を備えている。さらに、この挿入孔３１にｙ軸方向に並べて配置される放電ユニット２を挿入することができる３つの孔を備えた熱緩和部２３が挿入されている。熱緩和部２３は、３つの孔に挿入された放電ユニットの外周面と放熱器３の挿入孔３１の内周面とに接触して配置されている。熱緩和部２３は、熱伝導性に優れた材料で構成されており、とくに銅、銀、アルミニウムなどで構成されていることが好ましい。
　このように構成されたオゾン発生装置は、実施の形態１と同様に、複数の放電ユニットが一方向に並べられた方向と平行な方向から冷却風を送風して放電ユニットを冷却しているので、放電ユニットが増加しても、送風距離が延びるだけで冷却風を送風する面積は拡大しない。つまり、本実施の形態のオゾン発生装置は、オゾン生成量を増やす場合でも大型化を抑制することができる。
　また、本実施の形態のオゾン発生装置では、熱伝導性に優れた熱緩和部２３を放電ユニット２の全ての外周面に接触するように設けたため、すべての放電ユニット２の温度が平均化され、下流側に位置する放電ユニット２のオゾン発生効率の低下を抑制することができる。さらには、熱伝導性に優れた熱緩和部２３を設けたことで、放熱器３に求められる高い熱伝導性が緩和されるため、放熱器３に熱伝導性は劣るが耐腐食性に優れたステンレス鋼、加工性に優れた真鍮などを適用できるようになる。
実施の形態３．
　図８は、実施の形態３に係るオゾン発生装置の構成を示す断面図である。本実施の形態のオゾン発生装置は、実施の形態１と同様の構成に、風洞２４を設けたものである。図８に示すように、本実施の形態のオゾン発生装置１は、放熱器３の周囲を覆う風洞２４を備えている。送風ファンから送出される冷却風Ｗは、放熱器３と風洞２４との間の空間を流れる。風洞２４は冷却風の風圧に対する機械強度があればよく、汎用の材料を適用することができる。
　このように構成されたオゾン発生装置では、送風ファンから送出される冷却風Ｗの流れる範囲が風洞内に限定されるため、放熱器３に接触する気流が増加し、オゾン発生装置１の冷却性能を向上させることができる。
　図９は、本実施の形態の別のオゾン発生装置の構成を示す断面図である。図９に示すように、オゾン発生装置１の風洞２４の内壁を放熱器３のフィン２１と接触させてもよい。このように構成されたオゾン発生装置では、放熱器３のフィン２１から風洞２４へ熱伝導が生じ、オゾン発生装置１の冷却性能をさらに向上させることができる。このような構成においては、風洞２４は熱伝導性に優れたアルミニウムなどで構成されていることが好ましい。
実施の形態４．
　図１０は、実施の形態４に係るオゾン発生装置セットの構成を示す模式図である。図１０に示すように、本実施の形態のオゾン発生装置セット７０は、実施の形態１から３に示したオゾン発生装置１が、放電ユニットの軸方向と平行な方向および放電ユニット２が並べられた方向と直交する方向に４つ重ねて設けられている。
　このように構成されたオゾン発生装置セット７０において、それぞれのオゾン発生装置１に対して並列にガス配管を接続して動作させる場合は、少ない装置の設置面積でオゾン発生装置１の数に比例する量のオゾンを発生させることができる。また、それぞれのオゾン発生装置１に対して直列にガス配管を接続して動作させる場合は、原料ガスが繰り返して放電空隙を流れるので、少ない装置の設置面積で高濃度のオゾンを得ることができる。
　なお、本実施の形態のオゾン発生装置セット７０においては、単一の高電圧電源からそれぞれのオゾン発生装置１に並列に高電圧を印加することができる。このような構成とすることで、高電圧電源の数を減らすことができ、製造コストおよび保守コストを低減させることができる。また、本実施の形態のオゾン発生装置セット７０においては、それぞれのオゾン発生装置１にそれぞれ高電圧電源を備えることもできる。それぞれのオゾン発生装置１に高電圧電源を備えることで、それぞれのオゾン発生装置１で個別にオゾン発生量を調整できるため、オゾン発生装置セット７０としてのオゾン発生量を高精度に制御できる。
　さらに、このように構成されたオゾン発生装置セット７０において、１台のオゾン発生装置１が故障した場合でも、故障したオゾン発生装置１のみを交換することで修理可能になり、オゾン発生装置セット７０の保守に要する時間が短縮され、保守のコストを低下させることができる。
　本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１　オゾン発生装置、　２　放電ユニット、　３　放熱器、　４　送風ファン、　６　スペーサ、　１０　接地電極、　１１　誘電体筒、　１２　高電圧電極、　２１　フィン、　２２　溝、　２３　熱緩和部、　２４　風洞、　４０　高電圧電源、　４１　給電端子、　４２　導入端子、　５０、５１　ヘッダ、　７０　オゾン発生装置セット。

Claims (8)

  1. 　放電によってオゾンを発生させる円柱状の複数の放電ユニットと、
    　前記放電ユニットの軸方向と直交する方向に複数の前記放電ユニットが並べて挿入される挿入孔を有する放熱器と、
    　前記放熱器を冷却する冷媒を送出する冷却器と
    を備えたオゾン発生装置であって、
    前記冷却器が前記冷媒を送出する方向は、複数の前記放電ユニットが並べられた方向と平行な方向であることを特徴とするオゾン発生装置。
  2. 　前記放電ユニットの外周面と前記放熱器の前記挿入孔の内周面とに接触して配置される熱緩和部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
  3. 　前記放熱器の周囲に前記冷媒を閉じ込める風洞を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン発生装置。
  4. 　前記放熱器の一部が前記風洞の内周面と接触していることを特徴とする請求項３に記載のオゾン発生装置。
  5. 　前記放熱器は、外周部にフィンと溝とを備えてい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。
  6. 　前記フィンは側面に複数の凸凹部を備えていることを特徴とする請求項５に記載のオゾン発生装置。
  7. 　前記放電ユニットは、一端部から原料ガスが導入され、他端部からオゾン含有ガスが導出される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。
  8. 　複数の請求項１から７のいずれか１項に記載のオゾン発生装置が、
    前記放電ユニットの軸方向および前記放電ユニットの並べられた方向と直交する方向に重ねて設けられたことを特徴とするオゾン発生装置セット。
PCT/JP2019/016425 2019-04-17 2019-04-17 オゾン発生装置およびオゾン発生装置セット WO2020213083A1 (ja)

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