JPH0419164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 利用産業分野 この発明は、無声放電式のプレート型、チユー
ブ型等のオゾン発生器の電極冷却に用いる蒸発冷
却式の冷却装置に係り、電極に伝熱可能となした
蒸発器にサーモ・サイフオンの原理により液化冷
媒のみを自然循環にて供給し、液化冷媒の蒸発伝
熱により電極を冷却して優れた熱交換性能を実現
することにより、オゾン発生器の性能を向上さ
せ、またオゾン発生濃度を著しく高水準に向上さ
せることができる高濃度オゾン発生器用冷却装置
に関する。

背景技術 空気または酸素を原料として、オゾンを発生さ
せる方法として、光学的方法、電解法及び放電法
が知られており、工業的に大量のオゾンを得るに
は、無声放電法が一般的である。

また、オゾン発生器の利用分野として、従来か
らのし尿処理設備や下水処理設備に用いたりする
用途の外、最近、オゾンの酸化力を利用した半導
体製造装置を始め、科学、医薬品工場での酸化剤
及び殺菌剤として用いるなど、酸化処理プロセス
への適用が注目されている。

このため、オゾン発生器としては、高能率で高
濃度オゾンの発生が可能な装置が切望されるに至
つている。

かかる観点より、オゾン発生器をみると、無声
放電式のオゾン発生器は、対向配置される電極間
に誘電体を挿入配置し、高電圧を電極間に印加
し、放電空〓に空気または酸素を通すことによ
り、オゾンを得るものであり（第２図及び第３図
参照）、電極の加熱防止が、オゾン発生効率に大
きく関与していることが知られている。

従来のオゾン発生器における電極の冷却方法を
検討すると、空冷式と水冷式があり、空冷式は放
熱効率に限度があり高濃度オゾンが得られなかつ
た。

例えば、第２図に示す空冷式のプレート型オゾ
ン発生器の場合、電極平面にセラミツク誘電体１
２を積層した一対の高圧電極１０及び低圧電極１
１を、絶縁材セパレータ１３を介して対向配置
し、形成された放電空〓１４内を、図示の如く対
角線方向に一方孔より空気または酸素を導入し
て、他方孔よりオゾンを得る構成からなる。

かかるプレート型の場合、電極１０，１１の外
面にヒートシンク１５を設けて両電極に空冷にて
放熱していたが、ヒートシンクの構成を工夫して
も放熱効率に限度があり、高濃度オゾンが得られ
なかつた。

また水冷式の場合、冷却効率を向上させること
が可能であるが、水温を低く維持するために別に
水冷却回路を必要とするなど、冷却装置の構造が
複雑となり、さらに冷却系統の水あかや腐食対策
並びに絶縁性の確保が不可欠な問題として残され
ていた。

例えば、第３図に示す管型オゾン発生器の場合
は、筒状チユーブの高圧電極１を被包する如く、
ガラスチユーブ誘電体２を配置し、所要の放電空
〓３を介してステンレス製の筒状水冷接地電極４
を配置した構成からなり、放電空〓３に空気また
は酸素を通してオゾンを得るもので、前記接地電
極は多数本がタンク状容器内に所要配置され、容
器内に充満させた水などの冷媒中に浸され外部か
ら冷却される。しかし、高圧電極１を冷却するこ
とは構造上不可能であり、オゾン発生効率を向上
させることが困難であつた。

さらに、フロン等の冷媒を用いた場合、蒸発器
に通常の冷凍サイクルの如き、気液二相流の状態
でフロン等の冷媒を供給すると、蒸発器内の流速
が非常に小さくなり、かつ気液分離してしまうこ
とから、各蒸発器に均等に冷媒が供給されず、蒸
発器における熱交換効率が大幅に劣化し、各電極
面の均一な冷却が行われないためオゾン発生効率
が低下する問題がある。

発明の目的 この発明は、かかる現状に鑑み、無声放電式の
オゾン発生器の電極冷却に最適な液化冷媒の蒸発
伝熱による冷却装置を目的とし、超高濃度オゾン
発生器用冷却装置に最適であり、かつ製造容易な
小型で単位面積当りの冷却効率が極めて高い冷却
装置を目的としている。

発明の構成 この発明は、空〓を介して対向配置する一対の
電極の各対向面に誘電体を配設した構成からなる
オゾン発生器部と、前記一対の電極に液化冷媒の
蒸発伝熱を利用する蒸発器部とを有する構成から
なり、 前記のオゾン発生器より上流に気液分離用ドラム
を配置し、かつ該ドラム内の液面を蒸発器部より
上方に保持し、 絶縁性液化冷媒が前記ドラムと蒸発器部間を自然
循環可能に配管接続し、 さらに気液分離用ドラム内の冷媒ガスを導出して
液化し、該ドラム内に再導入するための圧縮機と
凝縮器を配置接続したことを特徴とするオゾン発
生器用冷却装置である。

詳述すると、この発明による冷却装置は、ドラ
ム内の絶縁性液化冷媒の液面を蒸発器部内の絶縁
性液化冷媒の液面より上方に保持できるようオゾ
ン発生器より上流に気液分離用ドラムを配置する
ことにより、蒸発器部にはサーモ・サイフオンの
原理により自然循環し、液化冷媒のみを供給する
ことができる。

また、冷媒がドラムと各蒸発器部間を、サー
モ・サイフオンの原理で自然循環できるように関
係位置を定めることにより、各蒸発器部への冷媒
液供給量は均一となり、また、各蒸発部器からド
ラムには気液二相流の状態で還流することとなる
ので、オゾン発生器部との伝熱面表面では液化冷
媒が熱伝達の良好な強制対流を伴つた安定した核
沸騰状態となり、熱交換効率が飛躍的に向上する
利点がある。

この発明は、気液分離用ドラムと蒸発器部との
関係を上述の如く構成できれば、プレート型、チ
ユーブ型等の公知のいずれの形式のオゾン発生器
の電極冷却にも用いることができる。

この発明の特徴である気液分離用ドラムは、蒸
発器部の上流側に配置され、サーモ・サイフオン
の原理にて自然循環できれば、公知のいずれの構
成であつてもよい。

また、この発明において凝縮器は、前記の蒸発
器部にて気化して気液分離用ドラムに入つたフロ
ン等の絶縁性冷媒ガスを、圧縮機にて圧縮後、例
えば空気や水など種々の冷媒にて冷却、凝縮でき
れば、公知のいずれの構成からなる熱交換器であ
つても利用できる。

発明の効果 ａ 蒸発器部にはサーモ・サイフオンの原理によ
り液化冷媒のみを供給することができ、各蒸発
器部への冷媒液供給量は均一となり、またオゾ
ン発生器部との伝熱面表面では液化冷媒が熱伝
達の良好な強制対流を伴つた核沸騰状態とな
り、熱交換効率が飛躍的に向上する。

ｂ 水、空気等のユーテイリテイ供給温度条件等
に余り制約されることなく任意の冷却条件に設
定できる。

ｃ 凝縮器を冷却する冷媒として汚濁水、油等を
使用し万一外部漏洩が発生してその冷媒による
環境汚染が問題となるクリーン・ルーム等に使
用しても本発明装置ではオゾン発生器付近では
フロン等の冷媒しか存在せず漏洩による汚染は
問題ではない。

ｄ オゾン発生器内に蒸発器部を内蔵しているの
で、従来の蒸発器をオゾン発生部の外部に設置
し冷媒を冷凍機により冷却する間接冷却方式と
比較するとシステム全体が簡素で安価となる。

ｅ 各オゾン発生器部を均一にかつ低温に保持出
来るので高濃度のオゾンを比較的多量に発生さ
せる場合にも充分な冷却能力を有する。

ｆ 冷媒には、フロン等の絶縁性液化冷媒が利用
でき、冷媒（フロン）が、本来絶縁性を有する
ので、従来、管型オゾン発生器では冷却できな
かつた高圧電極をも絶縁して冷却でき、オゾン
放電電極の大地間絶縁の確保に好都合である。

発明の好ましい実施態様 第１図はこの発明によるオゾン発生器用冷却装
置の回路説明図である。

ここでは、プレート型オゾン発生器に適用し、
蒸発器部にプレートフイン型熱交換器を用い、冷
媒にフロンを用いた一実施例を説明する。この発
明によるオゾン発生器用冷却装置は、以下の実施
例に限らず公知のいずれの構成のオゾン発生器に
も適用できることは上述したとおりである。

この発明によるオゾン発生器用冷却装置は、第
２図に示すプレート型オゾン発生器と同様の構成
を有し、すなわち、電極平面にセラミツク誘電体
を積層した一対の高圧電極２１及び低圧電極２２
を、絶縁材セパレータを介して対向配置し、形成
された放電空〓内の所要方向より空気または酸素
を導入して、他方よりオゾンを発生させる構成か
らなるオゾン発生器部２０に用いるもので、複数
の蒸発器部３０間にこのオゾン発生器部２０を配
置して、前記高圧電極２１及び低圧電極２２の外
向面に着設する如く積層した構成からなる。

蒸発器部３０は、前記電極２１，２２と相似形
の正方形平面を有する偏平ボツクス状からなり、
一対の正方形のアルミニウムプレートの間に、断
面長方形のアルミニウム製サイドバーを挟み、ろ
う着け一体化した構成からなる。

詳述すると、図示しないが、前記オゾン発生器
部２０の放電空〓に空気または酸素を導入するた
めの導入管とオゾンの導出管が電極２１または電
極２２に貫通配置されるため、サイドバーには前
記の導入出管が遊挿できるよう、切欠部が設けて
ある。

また、前記の切欠部を除く蒸発器部３０の内部
通路内には、アルミニウム製フインが装入され、
アルミニウム製のプレート、サイドバー、フイン
が一体にろう付けされることにより、所謂プレー
トフイン型熱交換器構成からなり、例えば、下部
に冷媒入口が設けられ、これとは対角線位置の上
側に冷媒出口を設けることにより、導入される冷
却媒体が図で通路を下から上へと通過して、前記
プレート及びフインと熱交換して外部へ出る構成
である。

第１図の構成は、前記のオゾン発生器４０より
上流に、気液分離用ドラム５０を配置し、ドラム
５０内の絶縁性液化冷媒の液面が蒸発器部３０内
の絶縁性液化冷媒の液面より上方に位置するよ
う、気液分離用ドラム５０の蒸発器部３０に対す
る位置関係を調整し、各蒸発器部３０内の絶縁性
液化冷媒が前記ドラム５０内を通過して自然循環
可能に配管接続してある。

気液分離用ドラム５０は、ここでは筒状の密閉
容器であり、上部に各蒸発器部３０からの気化し
た冷媒ガスの導入口が設けられ、下部には液化し
た冷媒が各蒸発器部３０へ流れるよう導出口が設
けられ、さらに、上部内に溜まつた冷媒ガスを圧
縮機６０へ導出するための配管が接続されてい
る。

また、圧縮機６０にて圧縮された冷媒は、凝縮
器７０にて空気や冷却水と熱交換し、冷却されて
液化した後、気液分離用ドラム５０へ導入され
る。

作用・効果 かかる構成からなるこの発明の冷却装置は、い
ずれの構成においても、冷却系内にフロン等を所
要量封入することにより、オゾン発生器部２０の
放電セルからの熱は、蒸発器部３０着設面のプレ
ートから入熱し、冷媒通路内の液化フロンと高効
率で熱交換され、すなわち、フロンの蒸発伝熱を
用いてオゾン発生器部２０を冷却する。

一部気化したフロンは気液二相流の状態で上昇
して蒸発器部３０より出て、気液分離用ドラム５
０に入り、ガス状のフロンは圧縮器６０、凝縮器
７０を経て再び気液分離用ドラム５０に入る。

気液分離用ドラム５０では、気液分離された冷
媒液のみをサーモ・サイフオンの原理にて各蒸発
器部３０に供給でき、各蒸発器部３０内がほぼ冷
媒液にて満されるため、オゾン発生器部２０との
伝熱面表面では冷媒液が熱伝達の良好な強制対流
を伴つた安定した核お騰状態となり、熱交換効率
が大きく向上する。

第１図において、気液分離用ドラム５０内の冷
媒ガスは、圧縮・冷却されて液化する構成であ
り、凝縮器７０の冷却源に空気を用いることがで
き、水の場合のように、水あかの付着、腐食、水
冷却源の確保等の問題がない。冷媒としてフロン
R12を使用すれば、10℃で圧力約4.3Kg／cm²、潜
熱約35Kcal／Kgが得られる。

前述の構成からなるこの発明の冷却装置は以下
の効果を有する。

蒸発器部と気液分離用ドラム５０とを組合せ
て、冷媒の自然循環冷却系を構成し、フロン等
の冷媒の蒸発伝熱を用い、かつ伝熱面表面では
冷媒液が熱伝達の良好な核沸騰状態となるた
め、極めて高性能な冷却が可能となり、各オゾ
ン発生器部の冷却温度を一定に保持できるた
め、オゾン発生量を一定に保つことができ、安
定した供給が可能となる。

冷却装置である蒸発器は、実施例ではアルミ
ニウム製のプレート、サイドバー、フインの僅
かな部品で構成され、任意の冷媒通路構成が可
能で、また、量産が可能で、安価に提供でき
る。

この蒸発器部３０を単位冷却装置とし、オゾ
ン放電セルと所要数積層配置することにより、
小容量から大容量のオゾン発生器に適用でき、
かつきわめて小型、高性能な冷却装置を構成で
きる。

オゾン発生器の高圧電極、低圧電極を共に同
一構成の冷却装置で冷却でき、オゾン発生器と
の熱導入部が平板平面となつているため、熱伝
導性、並びに取扱、交換置換性にすぐれてい
る。

実施例 前述の第２図と同様の構成からなるプレート型
オゾン発生器に、前述した第１図の構成からなる
200×200×30mm寸法のこの発明による冷却装置を
着設して、オゾン発生を行なつた。

この発明の冷却装置と同一寸法のアルミニウム
製ヒートシンクを着設した従来装置は、オゾン発
生濃度が最大で、8wt％であつたが、この発明の
冷却装置を設けたオゾン発生器の場合、蒸発器へ
の供給冷媒温度を15℃以下に冷却すると、オゾン
発生濃度は14wt％以上と極めて高濃度のオゾン
が得られた。

従つて、オゾンの酸化力を利用した半導体製造
装置を始め、化学、医薬品工場での酸化剤及び殺
菌剤として用いるなど、酸化処理プロセスへの適
用に最適なオゾン発生器を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるオゾン発生器用冷却装
置の回路説明図である。第２図は従来の空冷式の
プレート型オゾン発生器の正面図と縦断面図であ
る。第３図は従来の水冷式の管型オゾン発生器の
正面図と縦断面図である。 １０，２１……高圧電極、１１，２２……低圧
電極、１２……誘電体、１３……絶縁体セパレー
タ、１４……放電空間、１５……ヒートシンク、
１６……導入管、１７……導出管、２０……オゾ
ン発生器部、３０……蒸発器部、４０……オゾン
発生器、５０……気液分離用ドラム、６０……圧
縮機、７０……凝縮器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 空〓を介して対向配置する一対の電極の各対
   向面に誘電体を配設した構成からなるオゾン発生
   器部と、前記一対の電極に液化冷媒の蒸発伝熱を
   利用する蒸発器部とを有する構成からなり、前記
   のオゾン発生器より上流に気液分離用ドラムを配
   置し、かつ該ドラム内の液面を蒸発器部より上方
   に保持し、絶縁性液化冷媒が前記ドラムと蒸発器
   部間を自然循環可能に配管接続し、さらに気液分
   離用ドラム内の冷媒ガスを導出して液化し、該ド
   ラム内に再導入するための圧縮機と凝縮器を配置
   接続したことを特徴とするオゾン発生器用冷却装
   置。