JPH05201703A - オゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的低電圧で無声放電を発生させると共に
オゾン発生量を印加電圧で制御可能にする。 【構成】 一対の電極１，２間に一方の電極１の表面と
の接触角度が６０度以下の鋭角になる形状の支持誘電体
４を複数個設けると共に、電極間に電極と並行に誘電体
薄板を設け、比較的低電圧で前記６０度以下の接触部に
無声放電が発生し、印加電圧を増加させれば無声放電が
支持誘電体に沿って伸びるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電によりオゾンを生
成するオゾン発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】オゾンは極めて強い酸化力を有して、水
の殺菌・脱臭・脱色など上，下水処理やし尿処理及び食
品関連における殺菌などの多くの用途に使われている。

【０００３】オゾンの生成法には、紫外線照射法，放射
線照射法，プラズマ放電法，無声放電法及び水の電気分
解法などがある。工業的には無声放電法が主体である。

【０００４】無声放電法のオゾン発生装置を図１４に示
す。１１，１２は対向配置された平板状電極、１３は電
極１に設けられた無声放電を安定させる放電安定用誘電
体板である。このオゾン発生装置は、電極１１，１２間
に例えば、交流電圧Ｈ・Ｖを印加して空隙部に無声放電
を発生させ、原材料となる乾燥空気又は酸素Ｏ₂をこの
空隙部に通してオゾンＯ₃を生成させるようになってい
る。

【０００５】オゾン（Ｏ₃）の理論収率は、Ｏ₂→Ｏ＋Ｏ
−１１８ＫＣａｌ（吸熱反応），Ｏ＋Ｏ₂→Ｏ₃＋２５Ｋ
Ｃａｌ（発熱反応）より、３Ｏ₂→２Ｏ₃−６８ＫＣａｌ
となり、Ｏ₃を１ｍｏｌ生成するために３４ＫＣａｌ必
要となる。従って理論上の収率は１.２ｋｇＯ₃／ＫＷ・
Ｈとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、消費電力に対
するオゾンの生成効率は理論収率に比べて極めて低く、
数％にすぎないというのがオゾン発生装置の現状であ
る。オゾンの生成量に影響を及ぼす主な因子としては、
（１）電極の形状（２）電極間ギャップの大きさ（３）
誘電体板の形状及び材質（４）電極の冷却方法（５）原
料ガスの除湿や冷却方法（６）印加電圧の波形などが挙
げられる。

【０００７】図１４に示したオゾン発生装置において安
定な無声放電を発生させるには、電極間空隙長を数ｍｍ
以下にすると共に、空隙長を均一にして、放電を放電空
隙部分で一様に発生させる必要があるが、微小な空隙を
均一に保つことが困難であり、従って安定な無声放電が
得られにくい。

【０００８】しかも、印加電圧が空隙長と原料ガス圧力
で決まる放電開始電圧に至れば、それ以上電圧を上昇し
てもオゾン発生量が増加しない。

【０００９】また、電圧印加中に上昇する電極及び誘電
体の温度が電極間が狭いので空隙部分に伝わり易く、そ
のため生成されたオゾンＯ₃分解して酸素Ｏ₂に戻ってし
まうなどの問題がある。このためオゾンの生成効率を向
上させることが困難であるというのが現状である。

【００１０】本発明は、従来のこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、電極
間の空隙長を厳密に均一にする必要がなく比較的低い電
圧で無声放電を発生させることができる、印加電圧によ
ってオゾン発生量を簡単に制御できるオゾン発生効率の
高いオゾン発生装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明におけるオゾン発生装置は、一対の電極間に
一方の電極表面との接触部の角度が鋭角になる円錐台形
状，四角錐台形状，６角錐台形状，８角錐台形状或は断
面台形状で平面形状直方形等の支持誘電体を複数個設す
ると共に、電極間に誘電体薄板を設ける。

【００１２】支持誘電体の間には列方向の仕切板を設
け、又は支持誘電体の間に電極の長さより少し短い列方
向仕切板を交互に設けるとよい。

【００１３】支持誘電体の一方の電極面との接触部の鋭
角角度は６０度以下がよい。支持誘電体と誘電体薄板，
又はこれらと仕切板は一体成形とするのがよい。

【００１４】

【作用】一対の電極間に一方の電極表面との接触部の角
度が鋭角となる支持誘電体を設け、両電極に電圧を印加
すると鋭角の空隙部に強い電界が発生し、低い電圧で無
声放電が発生する。

【００１５】無声放電は沿面放電として支持誘電体の表
面を他方の電極側に延びる。両電極間には絶縁体板があ
るので、無声放電により両電極間が短絡することはな
い。

【００１６】しかして、両電極と支持誘電体間の空隙部
を流れる原料ガスは無声放電とよく接触するので、オゾ
ン生成効率が向上する。

【００１７】支持誘電体の間に列方向の仕切板を設けれ
ば、原料ガスは支持誘電体の列方向に流れるので、生成
されたオゾンがオゾン発生部内に留まることがないの
で、オゾンの生成効率がよくなる。

【００１８】支持誘電体の間に電極の長さより少し短い
列方向の仕切板を交互に設ければ、原料ガスの通路がジ
クザクとなって長くなり、原料ガスはこの長い通路を流
れ順次オゾン化されるので、オゾンが次第に蓄積されて
高濃度のオゾンが得られる。

【００１９】支持誘電体，誘電体薄板，仕切板等を一体
成形とすれば、この一体成形された部材の両側に一対の
電極を当接するだけで組み立てられるので、装置の製作
が容易になる。

【００２０】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
なお、各図面において同一部分には同一符号を付してそ
の重複する説明を省略する。

【００２１】実施例１ 図１，図２について、１，２は対向配置される平板状電
極、３は電極２の表面に設けられた誘電体薄板、４は電
極１と誘電体薄板に設けられた円錐台形状をした支持
（固体）誘電体で、互いに隣接（又は近接）して等間隔
に多数設けられ電極１，２をの間隔を均一に保持する。

【００２２】支持誘電体４は斜面４₁の角度αが６０°
以下（図示のものはα＝４５°）に作られている。この
ため電極１の表面と支持誘電体４とが接触する部分の角
度が少なくとも６０度以下の鋭角となるため、この電極
１との接触部分近傍の電界が上昇し、この部分に無声放
電が発生する。この無声放電は支持誘電体４の斜面４₁
に沿って電極２側に伸びる。誘電体薄板３はこの無声放
電が電極２に接触するのを防止する。しかして空隙部ａ
を流れる原料ガスは無声放電とよく接触しオゾン化され
る。

【００２３】実施例２ 図４，図５について、この実施例は実施例１の円錐台形
状支持（固体）誘電体４に代えて四角錐台形状支持（固
体）誘電体５を用いたものである。

【００２４】この場合も支持誘電体５の斜面５₁の角度
αを６０°以下（図示のものはα＝４５°）とよくする
ことにより、実施例１と同様に無声放電が発生し、空隙
部ａを流れる原料ガスをオゾン化する。

【００２５】実施例３ 図７，図８について、この実施例は電極１と電極２の表
面に施した誘電体薄板３との間に、側面を斜面６₁とし
て長さがほぼ電極１，２と等しい断面台形で平面長方形
状の支持（固体）誘電体６を隣接（又は並行）して配置
したものである。

【００２６】この場合も支持誘電体６の斜面６₂の角度
αを６０°以下（図示のものはα＝４５°）とすること
により、実施例１，２と同様に無声放電を発生し、空隙
部ａを流れる原料ガスをオゾン化する。

【００２７】実施例１〜３のオゾン発生装置は、電極表
面と支持誘電体とが接触する部分の角度が６０°以下の
鋭角となるため、この接触部分近傍の電異が上昇する。
このため電極間の空隙長が同じであるならば、図１４に
示した従来オゾン発生装置よりも低い電圧でオゾンが生
成することなる。

【００２８】また、支持誘電体として比誘電率εが大き
い材料を用いたり、電極と支持誘電体とが接触する部分
の角度αをより鋭角にすることにより電界を集中させ低
い印加電圧で無声放電を発生させることができる。

【００２９】電極間の空隙部で無声放電が起こると微少
なストリーマが空隙部で多数発生し、空隙部を流れてい
る原料ガス中の酸素分子Ｏ₂と電子とが衝突し衝突電離
によって酸素原子Ｏや励起酸素分子Ｏ₂が生成し、酸素
分子Ｏ₂と反応してオゾンＯ₃が生成される。

【００３０】実施例１〜３のような構造とすることで、
より低い印加電圧で空隙部に多くの微小なスリリーマを
発生させて多数の電子を生成し、原料ガス中の酸素分子
Ｏ₃と電子とが衝突する確率が高くなる。

【００３１】実施例１〜３はオゾン発生装置のうちのオ
ゾン発生部における電極及び誘電体のみの部分を示して
いるが、実際には周囲を密閉して乾燥空気もしくは酸素
などの原料ガスの流入口とオゾン化ガスの流口のみを設
けた構造として使用する。

【００３２】上記実施例１及び２の場合、オゾン発生部
内での気体の流れがあまり良くなく均等とならないた
め、生成したオゾンの多くがある面積を有する電極で挟
まれたオゾン発生部の流出口から発生部の外へ出て行か
ずに、発生部内にとどまってしまい、無声放電が多く発
生する割にはオゾン生成量がそれ程増加しないことがあ
る。以下にこの問題を解決した実施例を示す。

【００３３】実施例４ 図１０について、実施例４は実施例１（図１）における
電極１と誘電体薄板３間の周囲を密閉するように、囲板
７を設けると共に、円錐台形状支持誘電体４の列方向に
列方向長さより支持誘電体４の１個分短い仕切板８₁〜
８₅を長さ方向の両端側囲板７₂，７₄に交互に一端が接
するように設ける。

【００３４】実施例４によれば、電極１の一端に設けた
ガス流入口９₁からのガスが仕切板８₁〜８₅で仕切られ
ジグザグの通路を通って電極２の他端に設けたガス流出
口９₁側に流れる。

【００３５】このためガス流入口９₁からの原料ガスは
ジグザグの通路を通過するとき無声放電によりオゾン化
されるので、そのオゾン濃度は次第に蓄積され、次第に
濃度が高くなり、流出口９₂から高濃度のオゾン化ガス
が得られる。

【００３６】しかして空隙部ａで発生したオゾンすべて
を流出口９₂から取り出すことができるので、全部の支
持誘電体がオゾン発生に有効に寄与するので、効率が向
上する。

【００３７】実施例５ 図１２について、この実施例５は実施例２（図４）のも
のに実施例４（図１０）同様に囲板７₁〜７₄及び仕切板
８₁〜８₅を設け、流入口９₁から流出口９₂にの原料ガス
を仕切板８₁〜８₅によるジグザグの通路を通過させてオ
ゾンを生成するようにしたものである。

【００３８】しかしてこの実施例５の場合も実施例４同
様にオゾン生成効率が向上する。

【００３９】なお、上記実施例３（図７）に示すように
列方向に長い支持誘電体の場合、原料ガスは列方向に流
れるが、上記実施例４，５（図１０，図１２）のように
仕切板８₁〜８₅を設け、列方向の両端部を適当に塞ぐこ
とによって原料ガスをジグザグに通すことが可能とな
る。

【００４０】上記実施例１〜５に示したものは、誘電体
薄板３を電極２の表面に設けているが、夫々図３，図
６，図９，図１１，図１３に示すように電極１の表面に
も設けることができる。この場合電極１，２間の絶縁対
力が向上するので、電圧を高めて支持電極表面に強い無
声放電を発生させることが可能になる。

【００４１】当然ながら電極間に設置する支持（固体）
誘電体の材質として、比誘電率εの大きい材料を用いれ
ば、より低い電圧で無声放電が起こってオゾンが発生す
る。

【００４２】また、支持誘電体の数や、電極の面積を増
やせばオゾンの生成量は増加し、各実施例で示した構造
の夫々何段も組み合わせれば、更に大量のオゾンを生成
できる。冷却用のフィンや風冷用のファンを設けたり、
冷却水用の配管等を組み込んで冷却すれば、もっと効率
良くオゾンを生成できる。

【００４３】支持誘電体の形状としては、実施例では円
錐台形状、四角錐台形状及び断面台形で平面長方形状の
ものを示したが、これに限るものではなく、電極などと
接触する部分の角度αが鋭角であれば、例えば六角錐台
形状、八角錐台形状など多角錐台の形状でもよい。

【００４４】また、誘電体薄板，支持誘電体，仕切板，
囲板等は一体成形にて作る方が組立上便利である。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。

【００４６】（１）両電極間に設置した固体誘電体と電
極との接触角度が鋭角であるため、接触部分近傍の電界
が増大し、低い電圧で無声放電が発生する。

【００４７】（２）このため電極間の印加電圧を低くで
き電源が小形となると共に、オゾンを発生させる放電消
費電力も少なくて済むので、オゾン発生効率も向上す
る。

【００４８】（３）無声放電は電極と支持電極との鋭角
な接触部分で起こるため、従来一定の空隙に無声放電を
発生させて行うオゾン発生装置に比べて、電極間の空隙
の長さの均一さに関して注意を払う必要はなく、従って
比較的簡単に製作できる。

【００４９】（４）低い電圧からオゾンが発生し始め、
印加電圧の上昇に伸って無声放電が支持誘電体に沿って
伸び、オゾン発生量も増加して行くので、オゾン濃度及
びオゾン発生量を印加電圧で制御することができる。

【００５０】（６）仕切板を設けたものは、空隙部で発
生したオゾンが発生部内にとどまることがなく空隙部を
通過し次第に蓄積されるので、高濃度のオゾンが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は実施例１にかかるオゾン発
生装置を示す平面図及び側面図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は実施例１の支持誘電体を示
す平面図及び側面図。

【図３】実施例１の他の態様を示す側面図。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は実施例２にかかるオゾン発
生装置を示す平面図及び側面図。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は実施例の支持誘電体を示す
平面図及び側面図。

【図６】実施例２の他の態様を示す側面図。

【図７】（ａ）及び（ｂ）は実施例３にかかるオゾン発
生装置の平面図及び側面図。

【図８】（ａ）及び（ｂ）は実施例３の支持誘電体を示
す平面図及び側面図。

【図９】実施例３の他の態様を示す側面図。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）は実施例４にかかるオゾン
発生装置の平面図及び側面図。

【図１１】実施例４の他の態様を示す側面図。

【図１２】（ａ）及び（ｂ）は実施例５にかかるオゾン
発生装置を示す平面図及び側面図。

【図１３】実施例５の他の態様を示す側面図。

【図１４】従来オゾン発生装置の原理図。

【符号の説明】

１，２，１１，１２…電極 ３…誘電体薄板 ４，５，６…支持誘電体 ７₁〜７₄…側板 ８₁〜８₅…仕切板 ９₁…ガス流入口 ９₂…ガス流出口 ａ…空隙部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の電極間に一方の電極表面との接触
   部の角度が鋭角になる形状の支持誘電体を複数個設ける
   と共に、電極間に電極面と並行に誘電体薄板を設けてな
   ることを特徴としたオゾン発生装置。
2. 【請求項２】 支持誘電体の間に列方向の仕切板を設
   け、原料ガスを支持誘電体の列方向に流すことを特徴と
   した請求項１記載のオゾン発生装置。
3. 【請求項３】 支持誘電体の間に電極の長さより少し短
   い列方向の仕切板を交互に設け、原料ガスの通路長くし
   たことを特徴とした請求項１記載のオゾン発生装置。
4. 【請求項４】 支持誘電体の一方の電極表面との接触部
   の鋭角角度を少なくとも６０度以下としたことを特徴と
   する請求項１又は３記載のオゾン発生装置。
5. 【請求項５】 誘電体薄板を何れか一方の電極の表面又
   は両方の電極の表面に設けたことを特徴とする請求項１
   〜４記載のオゾン発生装置。
6. 【請求項６】 支持誘電体と誘電体薄板とを一体成形し
   たことを特徴とした請求項１〜５記載のオゾン発生装
   置。
7. 【請求項７】 支持誘電体と仕切板とを一体成形したこ
   とを特徴とした請求項１〜５記載のオゾン発生装置。
8. 【請求項８】 支持誘電体と仕切板及び誘電体薄板とを
   一体成形したことを特徴とした請求項１〜５記載のオゾ
   ン発生装置。