JPH0364443B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、オゾン発生装置（以下オゾナイザと
称する）に関するものである。

従来のオゾナイザは平行板ないし、平行円筒電
極間にガラス板を介在せしめて交流高電圧を印加
し、電極間隙に無声放電を発生せしめつつ、この
間に乾燥せる空気又は酸素を流通せしめ、該無声
放電に固有の放電化学的作用で酸素をオゾンに転
化せしめてオゾンを発生する方式のものであつ
た。しかし、この方式のオゾン発生の電力効率は
極めて低く、理論値の数％以下に止るものであつ
た。これに対して本願発明者は別発明「オゾン発
生装置」（昭和55年２月23日出願；特願昭55−
21878号、特開昭56−120507号公報参照）におい
てパルス巾の著るしく短かい極短のパルス高電圧
の生ずる沿面コロナ放電の有効なオゾン生成作用
を利用して電力効率を向上する方法を提案した
が、この方法には沿面放電による誘電体の加熱と
いう欠点があつた。

本発明はこれらの欠点を、同じくパルス巾の著
るしく短い極短パルス高電圧を使用するものの、
これによつて強力なストリーマーコロナ放電をガ
ス空間に生ぜしめ、その放電化学作用を利用する
ことにより克服し、電力効率の大巾な向上を達成
せるオゾナイザーを提供するものである。

ここに本発明において利用する極短パルス高電
圧のパルス巾は1nsから数十μsの間とし、特に、
1nsから100nsの間に選ぶのを好適とする。この様
な極短パルス高電圧を少くとも一方をコロナ放電
極とする相対向する電極間に印加する時は、該コ
ロナ放電極から極めて強力なストリーマーコロナ
放電を火花の発生なしに生ぜしめることが出来、
その有効なオゾン生成作用を安定に利用すること
が可能となる。この場合、相対向する電極は、一
方が線状、角線状、ストリツプ状、らせん状、針
状等のコロナ放電極、他方が板状、円筒状、角筒
状等の曲率半径の大きな非コロナ電極であつても
良く、また両方ともコロナ放電極であつてもよ
い。特に両電極を長形の平行線状電極、平行角線
状電極、平行ストリツプ状電極、平行二重らせん
状電極より成る長形のコロナ放電極対としたり、
あるいは長形の上記コロナ放電極と非コロナ電極
を平行に対置せる電極対とし、極短パルス高電圧
のパルス巾を著るしく小さくする時は、該パルス
高電圧は、これら長形電極対に沿つて進行波とし
て伝播し、その過程において該放電極に沿つて一
様に強力なストリーマーコロナ放電を発生、その
オゾン生成効率は更に大巾に向上する。この場
合、進行波の速度はυ0.3〔ｍ／ns〕であり、そ
の幾何学的波長はパルス巾がτ〔ns〕のときｌ
0.3τ〔ｍ〕となる。そして、上記長形電極対の全
長Ｌ〔ｍ〕に対してｌＬとする時、換言すると
該極短パルス高電圧をほぼτＬ／（0.3）〔ns〕
に選ぶとき、この様に該パルス高電圧は進行波と
して振舞を呈する様になる。この様に長形の電極
対として印加パルス高電圧を進行波として振舞わ
せ、進行波電圧に固有の強力なストリーマーコロ
ナ放電を発生せしめうる所のの電極対を特にコロ
ナ伝送線路という。コロナ伝送線路たらしめるた
めの条件は、その長さＬ〔ｍ〕を、パルス巾τ
〔ns〕に対してＬ0.3τ〔ｍ〕にとることである
が、実際にはその1/3程度のＬ0.1τ〔ｍ〕位にと
つても進行波の性質は残存し、発生ストリーマー
の放電化学作用は同程度の活性を保持する。この
場合、コロナ伝送線路を形成する長形電極対の両
方の電極ともコロナ放電極とする時は、パルス高
電圧の波高値Vpがある域値をこえると、負極性
のコロナ放電極のみから正極性のコロナ放電極に
向つて負のストリーマーコロナを発生するが、正
極性のコロナ放電極からは放電を生じない。Vp
を更に上げると、上記負のストリーマーコロナに
おくれて正極性コロナ放電極から、正のストリー
マーコロナが負極性コロナ放電極に向けて発生す
る。この場合、オゾン生成能力の点では正と負の
ストリーマーコロナに大差がないにも拘らず、エ
ネルギー消費では前者が後者に比べて著るしく大
きい。換言すれば、この場合には負コロナストリ
ーマーのもが発生する如きVpを印加するのが電
力効率の上で有利である。また、コロナ伝送線路
の一方をコロナ放電極、他方を非コロナ電極とす
るときは、前者の極性が負となる如き極性をもつ
て両電極にパルス高電圧を印加し、負のストリー
マーコロナを発生せしめるのがオゾン発生の電力
効率上最適である。また、この場合オゾン生成に
使用する空気や酸素は充分乾燥（例えば露点を−
40℃以下とする如く）していることが必要であ
る。

すなわち、本発明による所の新規のオゾナイザ
はガスの入口と出口を有する函体と、該函体内に
相互に絶縁の上、相対向して配設せる所の少くと
も一方がストリーマーコロナ放電を行うためのコ
ロナ放電極である如き電極の対を少くともも一対
有し、該電極対の間にパルス巾が数十μs以下、特
に1000ns以下の極短パルス高電圧を印加するため
の極短パルス高圧電源を有し、これによつて該電
極対の間のガス空間内に、そのコロナ放電極より
強力なストリーマーコロナ放電を発生せしめ、そ
の放電域を通つて該ガス入口より導入せる乾燥せ
る空気又は酸素を流通せしめ、該ストリーマーコ
ロナの強力な放電化学的作用によつて酸素から有
効にオゾンを発生せしめた上、該オゾンを含有す
るガスを該ガス出口から外部に供給することを特
徴とする。

この様に極短パルス高電圧により形成せる安
定、一様かつ強力なストリーマーコロナ放電の放
電化学的作用を利用することにより、本発明によ
る所の新規のオゾナイザは無声放電利用の従来型
オゾナイザに比べて著るしく高い電力効率で有効
にオゾンを発生せしめうるというすぐれた作用効
果を発揮し、オゾン生成の経済性を大巾に向上せ
しめる。

この場合、必要に応じて該電極対の間にガラ
ス、セラミツク等の無機誘電体を介在せしめて、
火花の発生を完全に防止し、ストリーマーコロナ
放電の安定性を更に向上してもよく、また上記電
極対の各電極をガラス、セラミツク等の絶縁物に
配設固定してこれを担持せしめる構造としてもよ
い。また更に、必要に応じて函体壁や電極対自体
を水冷、油冷、空冷によつて冷却してもよいこと
も云るまでもない。また、本発明に使用すべき極
短パルス高圧電源としては、本発明者が別発明
「パルス電源」（特願昭51−4183、特公昭61−
11549号公報参照）、「パルス電源装置」（特願昭50
−109717、特公昭61−8676号公報参照）、「極短パ
ルス高電圧発生装置」（特願昭56−144399、特開
昭58−61843号公報参照）、「高電圧極短パルス電
源」（特願昭57−172797、特開昭59−63986号公報
参照）等を用いると有効であるが、本発明はこれ
に限定されることなく、適当な凡ゆる形式・構造
の極短パルス高圧電源を用いることができる。ま
た、該電極対の間に予め直流バイアス高電圧を印
加しておき、これに重ねて該パルス高電圧を印加
することにより、その波高値電圧Vpを低くして
も強力なストリーマーコロナ放電を発生せしめる
ことが出来て、該極短パルス高圧電源の容量を小
さくすることができる。この場合、直流バイアス
高電圧は上記パルス高電圧と同極性に相加わる如
き極性をもつて該電極対に印加する必要がある。
また、該電極対の他に、これらと平行に対向の
上、これらから絶縁せる第３電極を設け、該電極
対の両方又は少くとも一方と該第３電極の間に直
流バイアス高電圧を印加してもよく、この方法に
よつて、同じくより低いVp値により強力なスト
リーマーを発生せしめうる。但し、この場合の直
流バイアス高電圧の極性は、それが該電極対のコ
ロナ放電を行う電極において該極短パルス高電圧
による電界を強める如き極性に選ぶ必要があるこ
とは云うまでもない。

以下、実施例及び図面によつて本発明の特徴を
更に詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図
はそのＹ−Ｙ断面上の横断面図である。図におい
て、該対向電極対１の一方を円筒電極２、他方を
コロナ放電極３として、２の中心軸に３を絶縁張
架し、２を接地し、この様にして構成せる複数個
の電極対１，１′，…を函体４の内部に平行に配
置の上、該線状コロナ放電極３，３′…を図の如
く次々と直列に接続して長大コロナ伝送線路５を
形成、極短パルス高圧電源６より導線７，７′お
よび碍管８を介して該コロナ伝送線路５の入力端
９に該線状コロナ放電極３−３′−…を負とする
如き極性で極短パルス高電圧を印加する。その波
高値は電極間距離を20〔mm〕とするときVp＝30〜
40〔KV〕程度とすれば充分である。また、その
パルス巾は該コロナ伝送線路５の全長がＬ＝100
〔ｍ〕のときτ＝300〔ns〕程度として進行波形成
条件Ｌ0.3τを満す様にする（すでに述べた如く
Ｌ＝30〔ｍ〕としてＬ0.1τとしてもよい）。そこ
で、該パルス高電圧は進行波として電極対２−３
→２′−３′→２″−３″に沿つて伝播し、この間に
線状コロナ放電極２，２′，２″上に強力な負のス
トリーマーコロナ放電を発生せしめ、遂に開放終
端１０に至つて、ここで同極性で反射されて逆方
向に進行、かくして該長大コロナ伝送線路５の上
を多重反射して遂にそのエネルギーを消耗し、波
高値Vpが下つてコロナが消失する。次に、ある
周期ののち再び６よりパルス高電圧を印加して同
じ過程をくり返し、その周波数は50〔Hz〕〜数十
〔ＫHz〕の間で任意に選定することができる。図
において１１，１１′は線状コロナ放電極３，
３′，３″，…をその両端で張架固定するための格
子状導体で、円筒電極群２，２′，２″，…をその
両端において函体４の内部でガスが円筒外の部分
を通してバイパスするのを防止するための接地さ
れた導体隔壁１２，１２′に支持碍子１３，１
３′によつて絶縁支持されている。１４，１４′は
線状コロナ放電極２，２′，２″，…が格子状導体
１１，１１′を貫通の上、これに支持固定される
ための支持用碍管で、１５，１６…は線状コロナ
放電極２と２′、２′と２″とを直列に接続するた
めの導線である。いまガス入口１７より函体４内
に乾燥空気ないし酸素を導入し、該円筒電極２，
２′，２″，…を通つて流通せしめ、該負ストリー
マーコロナ放電の作用下におくと、その強力な放
電化学的効果で極めて高い電力効率をもつてオゾ
ンを発生し、生成オゾンを含むガスはガス出口１
８より外部に供給される。

第３図は、第１図及び第２図の円筒電極２，
２′，２″，…の代りに、接地せる平行平板電極群
１９，１９′，１９″，…を用いてコストの低下を
はかつた所の本発明の実施例の縦断面図、第４図
はその横断面図である。但し、１９と１９′′′′′は
函体側壁をかねている。相隣る平行平板電極で形
成されるダクト１９−１９′，１９′−１９″，…
の間にジグザグ状に線状コロナ放電極３，３′，
３″，…が直列接続されて絶縁配設され、これに
よつて各ダクトの両平板電極とその中間のジグザ
グ状の線状コロナ放電極で一つのコロナ伝送線路
のユニツト２０，２０′，…が形成され、更に相
隣るダクトのジグザグ状線状コロナ放電極を次々
に直列接続することによつて、一本の著るしく長
大なコロナ伝送線路５を形成する。本例では、函
体４は矩形状断面を有し、絶縁支持する碍子１
３，１３′は平板電極１９′，…の両端に固定され
ている。その他のすべての番号の要素の名称と機
能は第１図、第２図と同様であり、その動作もま
つたく同じであるから、説明を省略する。

更に第３図、第４図の例の変形として第５図に
横断面図を示す如く板状電極１９，１９′，…の
代りに、接地せるパイプ状電極群２１，２１′，
…を用い、これらの中間に線状コロナ放電極群
３，３′，…を絶縁張架の上、これを直列に接続
して長大コロナ伝送線路を形成の上、オゾナイザ
を構成してもよい。

第６図は第５図のものを変形せる実施例の縦断
面図で、両端で固定せる接地導体パイプ電極２２
があり、各パイプの両側に支持用絶縁碍管２３を
有する支持腕２４が突出し、これに絶縁支持され
て各パイプ宛左右１対の線状コロナ放電極３，
３′が右端で接続導線２５、碍管２６を介して直
列に接続されて、一つのコロナ伝送線路のユニツ
ト２７を構成、これらが複数個函体内に配設さ
れ、左端において各ユニツト２７，２７′，…の
放電極が次々と直列に接続されて、長大コロナ伝
送線路５を構成する。その働作も自明であるので
省略する。

第７図は第３図、第４図の例において線状コロ
ナ放電極３，３′，…をガラス板ないしセラミツ
ク板等の無機誘電体２８，２８′，２８″，…上
に、第８図の斜視図に示す如く巻きつけて配設固
定の上、これを相隣る平板電極で構成されるダク
ト１９−１９′，１９′−１９″，…の間に配設し
て一つのコロナ伝送線路のユニツトを構成し、更
に各ユニツトのコロナ放電極を次々に直列接続の
上、長大コロナ伝送線路５を構成せるものの横断
面図であつて、その働作の説明も自明なるが故に
省略する。この実施例において、コロナ放電極
３，３′，…は線状電極であつても良いが、薄い
長形箔状のストリツプ電極であつてもよく、更に
該誘電体表面に導電性塗料を印刷したり、厚膜技
術で形成したり、あるいは蒸着により形成した長
形薄形電極であつてもよい。

第９図は、２本の互に絶縁せる平行な線状のコ
ロナ放電極２９，３０をもつて電極対を形成の
上、これを複数個直列に接続して長大コロナ伝送
線路を構成せる、本発明の実施例の縦断面図で、
この場合にはVpの値を適当に選ぶことにより、
負のストリーマーコロナのみを発生せしめ、これ
により有効にオゾンを発生する。

第１０図は第９図の実施例の変形で、真直な二
本の平行な線状コロナ放電極を用いる代りに、二
重らせん電極３１，３１′，…を用いる。各二重
らせん電極は両端で相互に支持用二重らせん溝付
碍子３２，３２′により絶縁張架された２個のら
せん電極３３，３４より成り、３３，３４は互に
平行で、一つのコロナ伝送線路のユニツト３５を
構成する。これらを左右の端で次々と直列に接続
して、一つの長大コロナ伝送線路５を構成する。
したがつて、極短パルス高圧電源６より入力端９
に供給された極短パルス高電圧は、先づ二重らせ
ん電極３１の二つのらせん電極３３，３４の間を
旋回しつつ右方に進行波として伝播、この間に負
極性のらせん電極から正極性のらせん電極に向け
て、強力かつ一様な負のストリーマーコロナ放電
を発生せしめる。次に進行波高電圧は、二重らせ
ん電極３１′に右方より進入し、以下次々と伝播
しつつ負ストリーマーコロナを発生して、有効に
オゾンを生成するのである。

本発明の上記実施例においては、すべて極短パ
ルス高電圧を進行波として伝播せしめ、これによ
る負のストリーマーコロナ放電をオゾン生成に利
用する例のみを示したが、勿論、場合によつては
正のストリーマーコロナ放電を用いてもよく、ま
た、もつとパルス巾の長いパルスを用い、進行波
でないパルス電圧として利用し、これによるスト
リーマーコロナ放電を用いてもよいことも云うま
でもない。

また、本発明の特徴は要するに極短パルス高電
圧によるストリーマーコロナ放電をガス空間に形
成せしめてオゾンを生成することにあるので、こ
れを達成するための電極構造は上記の実施例に限
定されることなく、適当な凡ゆるものを用いうる
ことも云うまでもない。

尚、本発明のオゾン発生装置の使用例を挙げる
と、オゾン発生量が一時間当り約１Kg〜５Kgの中
型装置の場合、乾燥空気を原料ガスとして用いる
時は1kWh当たり95ｇ〜125ｇのオゾン発生量、
原料ガスに酸素を用いる時は1kWh当たり190ｇ
〜250ｇのオゾン発生量が得られた。従来広く使
用されている平行板ないし平行円筒電極間にガラ
ス板を介在せしめて交流高電圧を印加する形式の
オゾン発生装置におけるオゾン発生量は一般に乾
燥空気を原料ガスとして用いる時は1kWh当たり
60ｇ、原料ガスに酸素を用いる時は1kWh当たり
120ｇである。したがつて本発明のオゾン発生装
置では上記従来形成のオゾン発生装置に較べて約
1.5倍〜２倍もの著しい電力効率の向上が達成さ
れた事になり、本発明の大きな効果が確認され
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図
はその横断面図、第３図は本発明の別の実施例の
縦断面図、第４図はその横断面図、第５図は本発
明の更に別の実施例の横断面図、第６図は本発明
のいま一つ別の実施例の縦断面図、第７図は本発
明の更に別の実施例の横断面図、第８図はその無
機誘電体板上へのコロナ放電極の配設方法を示す
斜視図、第９図は本発明のいま一つ別の実施例の
縦断面図、第１０図は本発明の更に別の実施例の
縦断面図を示す。図における主な要素の名称は次
の通りである。 １，１′，１″… ……対向電極対、２，２′，
２″… ……円筒電極、３，３′，３″… ……線
状コロナ放電極、４……函体、５……長大コロナ
伝送線路、６……極短パルス高圧電源、７，７′
……導線、８……碍管、９……長大コロナ伝送線
路の入力端、１０……仝上開放終端、１１，１
１′……格子状導体、１２，１２′……隔壁、１
３，１３′……支持碍子、１４，１４′……支持用
碍管、１５，１６，… ……接続導線、１７……
ガス入口、１８……ガス出口、１９，１９′，１
９″… ……平行平板電極群、２０……コロナ伝
送線路ユニツト、２１，２１′，２１″… ……パ
イプ状電極群、２２，２２′… ……パイプ状電
極、２３，２６……支持用絶縁碍管、２４……支
持腕、２５……接続導線、２７，２７′，… …
…コロナ伝送線路ユニツト、２８，２８′，…
……無機誘電体板、２９，３０，２９′，３０′，
……平行線状コロナ放電極対、３１，３１′，３
１″……二重らせん電極、３２，３２′……支持用
二重らせん溝付碍子、３３，３４……らせん電
極、３５……コロナ伝送線路ユニツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 乾燥せる空気又は酸素を導入するためのガス
   入口と生成オゾンを含むガスを外部に供給するた
   めの出力を備えた函体を有し、該函体内のガス通
   路に、相互に絶縁の上、相対向して配設せる所の
   少なくとも一方がコロナ放電極である如き電極の
   対を少なくとも一対設け、該函体の外部にパルス
   巾が数十μs以下の極短パルス高電圧を発生する極
   短パルス高圧電源を設け、該極短パルス高圧電源
   の出力端子を該電極対に接続したことを特徴とす
   る所のオゾン発生装置。 ２ 該極短パルス高圧電源がパルス巾1000ns以下
   の極短パルス高電圧を発生する極短パルス高圧電
   源であることを特徴とする所の請求項１に記載の
   オゾン発生装置。 ３ 該極対の一方をコロナ放電極とし、他方を曲
   率半径が大きくコロナ放電を生じない非コロナ電
   極としたことを特徴とする所の請求項１または２
   のいずれか１項に記載のオゾン発生装置。 ４ 該電極対の双方共コロナ放電極としたことを
   特徴とする所の請求項１または２のいずれか１項
   に記載のオゾン発生装置。 ５ 該電極対の有効長さＬ〔ｍ〕を該極短パルス
   高電圧のパルス巾τ〔ns〕に対して、少なくとも
   Ｌ0.1τ〔ｍ〕としたことを特徴とする所の請求
   項１より４までのいずれか１項に記載のオゾン発
   生装置。 ６ 該極短パルス高圧電源の負側の出力端子を該
   電極対のコロナ放電極に、正側の出力端子を非コ
   ロナ電極に接続したことを特徴とする所の請求項
   ３に記載のオゾン発生装置。 ７ 該極短パルス高圧電源の正側の出力端子を該
   電極対のコロナ放電極に、負側の出力端子を非コ
   ロナ電極に接続したことを特徴とする所の請求項
   ３に記載のオゾン発生装置。 ８ 直流高圧電源を該函体の外部に設け、その出
   力端子をその出力電圧が該極短パルス高圧電源に
   出力電圧と相加わる如き極性をもつて該電極対に
   接続したことを特徴とする所の請求項１より７項
   までのいずれか１項に記載のオゾン発生装置。 ９ 該電極対と別に両者より絶縁の上にこれらと
   相対向して第３電極を設け、かつ直流高圧電源を
   設けてその出力端子を該電極対の少なくとも一方
   側と該第３電極に接続し、かつその該一方側電極
   の極性を、この電極に印加される該極短パルス高
   電圧の極性と一致せしめたことを特徴とする所の
   請求項１より８までのいずれか１項に記載のオゾ
   ン発生装置。 １０ 該電極対の間に誘電体を介在せしめたこと
   を特徴とする所の請求項１より９までのいずれか
   １項に記載のオゾン発生装置。