JPH1111907A - オゾン製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オゾン製造装置のオゾン発生効率を高くす
る。 【解決手段】 電極１１、１５、誘電体１２、電源１８
で空間放電手段を構成し、電極１３、１５、誘電体１
４、電源１９で沿面放電手段を構成し、両放電を共通の
放電空間１６で生起させ、該放電空間に原料ガスを導入
してオゾンを発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元空間を無声
放電（コロナ放電）させる空間放電と誘電体の沿面を無
声放電させる沿面放電とを共通の空間で生起させて、そ
の空間に導入した原料ガスからオゾンを発生させる重畳
型のオゾン製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の空間放電型のオゾン製
造装置８０の原理説明図である。８１は空間放電用第１
電極、８２は空間放用第２電極、８３はその第２電極８
２の内側に配置した空間放電用誘電体、８４は放電空
間、８５は交流電源である。このオゾン製造装置８０で
は、電源８５により電極８１、８２の間に所定の周波数
の高圧を印加すると、誘電体８３と第１電極８１との間
の放電空間８４にコロナ放電Ａ（空間放電）が生起し
て、矢印Ｘ方向から空気或いは酸素等の原料ガスを導入
すると、 Ｏ₂＋ｅ^- → ２Ｏ^-、 Ｏ^-＋Ｏ₂ → Ｏ₃ の反応によりオゾンＯ₃が発生する。

【０００３】図１１は、従来の沿面放電型のオゾン製造
装置９０の原理説明図である。９１は沿面放電用第１電
極、９２はその第１電極９１を片面に形成した沿面放用
誘電体である。９３は沿面放電用第２電極であり、誘電
体９２の他面にメッシュ形状に形成されている。９４は
交流電源である。このオゾン製造装置９０では、電源９
４により電極９１、８３の間に所定の周波数の高圧を印
加すると、電極９３と誘電体９２の間において誘電体９
２の面に沿ってコロナ放電Ｂ(沿面放電）が生起するの
で、矢印Ｙ方向から空気或いは酸素等の原料ガスを導入
すると、上記した反応式によりオゾンが発生する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１０に示
した空間放電型のオゾン製造装置８０は、印加電圧やそ
の周波数を高くすると発熱が著しくなり、また冷却が困
難なために、放電密度が低くオゾンの発生効率を高める
ことが困難であった。また、図１１に示した沿面放電型
のオゾン発生装置９０は、コロナ放電Ｂの生成する領域
が電極９３の周縁に沿ってその進展長がほぼ２ｍｍ程度
の平面であり、導入した原料ガスがコロナと接触する領
域が表面的であるため、オゾン発生効率が低かった。

【０００５】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、空間放電と沿面放電を共通の空
間で生起させて、その重畳作用によりオゾン発生効率の
高めることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明のオゾン製造装置は、空間放電と沿面放
電とを、原料ガスを導入する共通の放電空間に生起させ
るよう構成した。第２の発明は、第１の発明において、
前記空間放電の生起手段が、空間放電用第１電極と、該
空間放電用第１電極を前記空間と反対側に設けた空間放
電用誘電体と、該空間放電用誘電体の前面に前記空間を
介して対抗させた空間放電用第２電極と、前記空間放電
用第１電極と前記空間放電用第２電極の間に電圧を印加
する空間放電用電源とからなり、前記沿面放電の生起手
段が、沿面放電用第１電極と、該沿面放電用第１電極を
前記空間と反対側に設けた沿面放電用誘電体と、該沿面
放電用誘電体の前記空間側に設けた沿面放電用第２電極
と、前記沿面放電用第１電極と前記沿面放電用第２電極
の間に電圧を印加する沿面放電用電源からなるよう構成
した。第３の発明は、第２の発明において、前記空間放
電用第２電極と前記沿面放電用第２電極とを共通の電極
として構成した。第４の発明は、第２の発明において、
前記空間放電用第２電極と前記沿面放電用第１電極とを
共通の電極として構成した。第５の発明は、第２又は第
３の発明において、前記沿面放電用誘電体と前記空間放
電用誘電体とを共通の誘電体として構成した。第６の発
明は、第２乃至第４の発明において、前記空間放電用電
源と前記沿面放電用電源とを共通の電源として構成し
た。第７の発明は、第２乃至第５の発明において、前記
空間放電用第１電極と前記空間放電用第２電極との間に
流れる電流の位相と、前記沿面放電用第１電極と前記沿
面放電用第２電極との間に流れる電流の位相を調整する
手段を具備するよう構成した。第８の発明は、第６の発
明において、前記空間放電と前記沿面放電を異なったタ
イミングで行わせる手段を具備するように構成した。

【０００７】

【発明の実施の形態】

[第１の実施の形態]図１は本発明の第１の実施の形態の
オゾン製造装置１０の基本的な概略構成を示す図であ
る。１１は空間放電用電極（空間放電用第１電極）、１
２は空間放電用誘電体、１３は沿面放電用電極（沿面放
電用第１電極）、１４は沿面放電用誘電体、１５は空間
放電用第２電極と沿面放電用第２電極を兼ねる共通の放
電電極である。１６は原料ガスが導入される放電空間、
１７は複数の放熱フィンを設けた放熱板である。１８は
空間放電用電源、１９は沿面放電用電源である。

【０００８】空間放電用誘電体１２や沿面放電用誘電体
１４は、板厚が例えばほぼ０．５ｍｍ程度のアルミナセ
ラミック等の材質からなり、その片面に、図１の（ｂ）
に示すように、導電性金属のメッキやプラズマ溶射等に
よって空間放電用電極１１や沿面放電用電極１３が設け
られ、また沿面放電用誘電体１４の他面の放電電極１５
は、図１の（ｃ）に示すように、例えば幅ｗ１がほぼ１
ｍｍ程度、厚みがほぼ２０μｍ、隙間ｇ１がほぼ５ｍｍ
程度のメッシュ形状のパターンに形成されている。この
放電電極１５としては、オゾンに対して、つまり酸化に
対して高い耐久力を持つ例えば導電性セラミック等が使
用される。

【０００９】放電電極１５と空間放電用誘電体１２の間
の隙間は、例えば０．８ｍｍ〜１０ｍｍ程度に設定され
ている。空間放電用電源１８としては、電圧がほぼ１０
ＫＶ〜２０ＫＶ、周波数が６０Ｈｚ〜２ＫＨｚ程度のも
のが、また沿面放電用電源１９としては、電圧がほぼ４
Ｋｐｐ〜８ＫＶｐｐ、周波数が５０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ程
度のものが使用されている。

【００１０】この第１の実施の形態のオゾン製造装置で
は、電源１８の電圧の印加によって放電電極１５と空間
放電用誘電体１２との間でコロナ放電Ａが生起し、また
電源１９の電圧の印加によって放電電極１５の周縁にも
沿面放電用誘電体１４に沿うようにコロナ放電Ｂが生起
する。すなわち、共通の放電空間１６において、コロナ
放電Ａ、Ｂが重畳して発生する。この結果、この放電空
間１６における放電密度が、単独放電の場合に比較して
大幅に高くなるので、そこに導入した酸素や空気等の原
料ガスを高い効率でオゾンに変換することが可能とな
る。

【００１１】また、上記構成では、放電空間１６を空間
放電と沿面放電とで共通にするのみならず、放電電極１
５をも共通にしているので、空間放電構造と沿面放電構
造を個別に構成した場合と比較して、全体の形状を小さ
くすることができ、オゾン発生効率を低下させることな
く装置のコンパクト化、低コスト化を図ることができ
る。

【００１２】また、上記構成では、発生した熱を電極１
１、１３の外側の放熱板１７により放熱できるので、印
加電圧の周波数をより高くして、オゾンの発生効率をよ
り高めることができる。

【００１３】図２はこの実施の形態の第１の変形例のオ
ゾン発生装置１０Ａの構成を示す図である。この変形例
では、空間放電用と沿面放電用に、共通の電源２０を使
用して、電源の管理を容易にしている。ただし、この場
合は、共通の電源２０により空間放電と沿面放電が同じ
タイミングで行われるので、一方の放電が他方の放電に
食われないように、つまり両放電が同程度に行われるよ
うに、空間放電用電極１１と放電電極１５との間の静電
容量と、沿面放電用電極１３と放電電極１５との間の静
電容量がほぼ同一になるようにする。これは、空間放電
用誘電体１２や沿面放電用誘電体１４の誘電率や板厚、
放電空間１６の隙間等を適宜設定して行う。

【００１４】図３はこの実施の形態の第２の変形例のオ
ゾン発生装置１０Ｂの構成を示す図である。この変形例
では、共通の電源２０を使用し、さらにダイオード２
１、２２を使用して、電源２０の電圧の前半の半周期が
ダイオード２１により電極１１、１５間に印加し、後半
の半周期がダイオード２２により電極１３、１５間印加
するようにしたものである。

【００１５】この第２の変形例によれば、あるタイミン
グでは、空間放電と沿面放電の一方のみが行われ同時放
電は行われないので、空間放電用電極１１と放電電極１
５との間の静電容量と、沿面放電用電極１３と放電電極
１５との間の静電容量を必ずしも同程度に設定する必要
はなく、また共通電源２０の電流容量を図２に示した第
１の変形例の半分にすることができる。

【００１６】図４はこの実施の形態の第３の変形例のオ
ゾン発生装置１０Ｃの構成を示す図である。この変形例
では、空間放電用電極１１の側の誘電体を除去して沿面
放電用誘電体１４を空間放電用として共用し、また沿面
放電用電極１３を空間放電用電極として共用し、さらに
空間放電用電源１８をコンデンサ２３を介して電極１
１、１３間に接続している点が、図１に示した構成と異
なっている。

【００１７】この第３の変形例では、沿面放電は前述の
オゾン製造装置１０，１０Ａ，１０Ｂと同様に電極１５
の周縁に生起されるが、空間放電は電極１１と誘電体１
４との間で行われ、電極１５は関係なくなる。また、こ
の第３の変形例では、構造材として組み込む誘電体が１
個で済むので全体構造をよりコンパクト化できるととも
に、更なる製造コストの廉価も達成できる。また、コン
デンサ２３の容量を適宜設定することにより、電極１
１、１３間を流れる電流位相を調整することができるの
で、これにより空間放電と沿面放電の関係を調整して、
オゾン発生効率をより高めることができる。なお、この
コンデンサにより電流位相を調整する手法は、空間放電
と沿面放電に個別の電源を使用する構成（例えば図１）
にはすべて適用できる。

【００１８】[第２の実施の形態]図５は本発明の第２の
実施の形態のオゾン製造装置４０の基本的な概略構成を
示す図である。４１は空間放電用電極（空間放電用第１
電極）、４２は空間放電用誘電体、４３は沿面放電用電
極（沿面放電用第１電極）、４４は沿面放電用誘電体、
４５は空間放電用の放電電極（空間放電用第２電極）、
４６は沿面放電用の放電電極（沿面放電用第２電極）で
ある。４７は原料ガスが導入される放電空間、４８は複
数の放熱フィンを設けた放熱板である。４９は空間放電
用電源、５０は沿面放電用電源である。

【００１９】空間放電用誘電体４２は、板厚が例えばほ
ぼ０．５ｍｍ程度のアルミナ等の材質からなる円筒形状
であり、その外面に導電性金属のメッキやプラズマ溶射
等によって空間放電用電極４１が形成されている。また
沿面放電用誘電体４４も板厚が例えばほぼ０．５ｍｍ程
度のアルミナセラミック等の材質からなる円筒形状であ
り、内部に棒形状（又は筒形状）の導電体からなる沿面
放電用電極４３が密着して設けられ、外面に直径が例え
ばほぼ０．８ｍｍの耐食性の高いチタンやチタン合金等
からなる線形状の放電電極４５、４６が相互に離れて螺
旋形状に巻き付けられている。放熱板４８は、電極４１
の外側に沿って筒形状に１個で又は分割した複数個で形
成されている。

【００２０】放電電極４５と空間放電用誘電体４２の間
の隙間は例えば０．８ｍｍ〜１．０ｍｍ程度に設定され
ている。空間放電用電源４９としては、例えば電圧がほ
ぼ２０ＫＶ、周波数が６０Ｈｚ〜１ＫＨｚ程度のもの
が、また沿面放電用電源５０としては、電圧がほぼ８Ｋ
Ｖｐｐ、周波数が２ＫＨｚ〜２０ＫＨｚ程度のものが使
用されている。

【００２１】この第２の実施の形態のオゾン製造装置４
０では、電源４９の電圧の印加によって放電電極４５と
空間放電用誘電体４２との間でコロナ放電Ａが生起し、
また電源５０の電圧の印加によって放電電極４６の周縁
に沿面放電用誘電体４４に沿うようにコロナ放電Ｂが生
起する。すなわち、共通の放電空間４７において、コロ
ナ放電Ａ、Ｂが重畳して発生する。この結果、この放電
空間４７における放電密度が、単独放電の場合に比較し
て大幅に高くなるので、そこに導入した酸素や空気等の
原料ガスを高い効率でオゾンに変換することが可能とな
る。

【００２２】また、上記構成では、放電空間４７を空間
放電と沿面放電とで共通にするのみならず、放電電極４
５、４６を共通の誘電体４４に巻き付けているので、空
間放電構造と沿面放電構造を個別に構成した場合と比較
して、全体の形状を小さくすることができ、オゾン発生
効率を低下させることなく装置のコンパクト化を図るこ
とができる。

【００２３】また、上記構成では、発生した熱を電極４
１の外側の放熱板４８により放熱できるので、印加電圧
の周波数をより高くして、オゾンの発生効率をより高め
ることができる。

【００２４】図６はこの実施の形態の第１の変形例のオ
ゾン発生装置４０Ａの構成を示す図である。この変形例
は空間放電用電極４５と沿面放電用電極４６を１本の共
通の放電電極５１に変更するとともに、この放電電極５
１と空間放電用電極４１との間と、放電電極５１と沿面
放電用電極４３との間に、共通の電源５２を接続して、
電源の管理を容易にしたものである。

【００２５】この変形例は、前記した図２に示した構成
と同様に、共通の電源２０により空間放電と沿面放電が
同じタイミングで行われるので、一方の放電が他方の放
電に食われないように、空間放電用電極４１と放電電極
５１との間の静電容量と、沿面放電用電極４３と放電電
極５１との間の静電容量がほぼ同一になるように、空間
放電用誘電体４２や沿面放電用誘電体４４の誘電率や板
厚、放電空間４７の隙間等を設定する。

【００２６】図７はこの実施の形態の第２の変形例のオ
ゾン発生装置４０Ｂの構成を示す図である。この変形例
では、共通の電源５２を使用し、さらにダイオード５
３、５４を使用して、電源５２の電圧の前半の半周期が
ダイオード５３により電極４１、５１間に印加し、後半
の半周期がダイオード５４により電極４３、５１間印加
するようにしたものである。

【００２７】この第２の変形例によれば、あるタイミン
グでは、空間放電と沿面放電の一方のみが行われ同時放
電は行われないので、空間放電用電極４１と放電電極５
１との間の静電容量と、沿面放電用電極４３と放電電極
５１との間の静電容量を必ずしも同程度に設定する必要
はなく、また共通電源５２の電流容量を第１の変形例の
半分にすることができる。

【００２８】図８はこの実施の形態の第３の変形例のオ
ゾン発生装置４０Ｃの構成を示す図である。この変形例
では、空間放電用電極４１の側の誘電体を除去して沿面
放電用誘電体４４を空間放電用として共用し、また沿面
放電用電極４３を空間放電用電極として共用し、さらに
電源４９をコンデンサ５４を介して電極４１、４３間に
接続している。

【００２９】この第３の変形例では、沿面放電は前述の
オゾン製造装置４０Ａ，４０Ｂと同様に電極５１の周縁
に生起されるが、空間放電は電極４１と誘電体４４の間
で行われ、電極５１は関係なくなる。また、この第３の
変形例では、構造材として組み込む誘電体が１個で済む
ので全体構造をよりコンパクト化できるとともに、製造
コストの廉価も達成できる。また、コンデンサ５４の容
量を適宜設定することにより、電極４１、４３間を流れ
る電流位相を調整することができ、空間放電と沿面放電
の関係を調整して、これによりオゾン発生効率をより高
めることができる。なお、このコンデンサにより電流位
相を調整する手法は、空間放電と沿面放電に個別の電源
を使用する構成には全て適用できる。

【００３０】図９はこの実施の形態の第４の変形例のオ
ゾン発生装置４０Ｄの構成を示す図である。この変形例
は、沿面放電電極４３を長尺化して、放電空間４７から
外れた位置の端部にヒートパイプ等の冷却装置５５を装
備させ、オゾン発生装置４０Ｄの電極４３に発生する熱
をそこから直接取り出すようにして、外側の放熱板４８
による放熱と併せて、放熱効率を一段と向上させたもの
である。この冷却装置５５は、冷却部５６が電極４３の
端部を囲むようにして、電極４３に発生した熱を冷却部
５６が吸収するようにする。

【００３１】なお、電極４３を空洞形状にしてそこに冷
媒を循環させたり、あるいは電極４３そのものを冷媒と
導電体を兼ね備える液体（例えば、導電剤を溶融させた
水）で構成することもできる。後者の場合は、誘電体４
４の内部を空洞として、その空洞と外部に設置した熱交
換器部分とをパイプで結合してその導電冷媒液体の循環
路を構成すればよい。

【００３２】

【発明の効果】以上から本発明によれば、共通の放電空
間に空間放電と沿面放電を生起させるので、その放電空
間における放電密度を高くすることができ、そこに導入
した原料ガスを高い効率でオゾンに変換することが可能
となる。また、空間放電部分と沿面放電部分に、共通の
電極、共通の誘電体、あるいは共通の電源を使用する場
合には、全体の形状を小さくすることができ、オゾン発
生効率を低下させることなく装置のコンパクト化、低コ
スト化を図ることができる。さらに、空間放電と沿面放
電の位相を調整することにより、空間放電と沿面放電の
最適な重畳効果を得ることができ、より高いオゾン発生
効率を達成することが可能となる。さらに、空間放電と
沿面放電が生起するタイミングを異ならせれば、電源を
共通にしたとき、その電流容量を少なくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態のオゾン製造装置
の概略構成を示す図であり、（ａ）はその側面図、
（ｂ）はその誘電体と板形状電極のパターンを示す平面
図、（ｃ）は誘電体と格子形状電極のパターンを示す平
面図である。

【図２】 同実施の形態のオゾン製造装置の第１の変形
例の側面図である。

【図３】 同実施の形態のオゾン製造装置の第２の変形
例の側面図である。

【図４】 同実施の形態のオゾン製造装置の第３の変形
例の側面図である。

【図５】 本発明の第２の実施の形態のオゾン製造装置
の概略構成を示す図であり、（ａ）はその縦断面図、
（ｂ）はその横断面図である。

【図６】 同実施の形態のオゾン製造装置の第１の変形
例の側面図である。

【図７】 同実施の形態のオゾン製造装置の第２の変形
例の側面図である。

【図８】 同実施の形態のオゾン製造装置の第３の変形
例の側面図である。

【図９】 同実施の形態のオゾン製造装置の第４の変形
例の側面図である。

【図１０】 従来の空間コロナ放電型のオゾン製造装置
の概略構成を示す側面図である。

【図１１】 従来の沿面コロナ放電型のオゾン製造装置
の概略構成を示す側面図である。

【符号の説明】

１０：第１の実施の形態のオゾン発生装置、１０Ａ〜１
０Ｃ：その第１〜第３の変形例のオゾン発生装置、１
１：空間放電用電極、１２：空間放電用誘電体、１３：
沿面放電用電極、１４：沿面放電用誘電体、１５：共通
の放電電極、１６：放電空間、１７：放熱版、１８：空
間放電用電源、１９：沿面放電用電源、２０：共通電
源、２１，２２：ダイオード、２３：コンデンサ、４
０：第２の実施の形態のオゾン発生装置、４０Ａ〜４０
Ｄ：その第１〜第４の変形例のオゾン発生装置、４１：
空間放電用電極、４２：空間放電用誘電体、４３：沿面
放電用電極、４４：沿面放電用誘電体、４５：空間放電
用電極、４６：沿面放電用電極、４７：放電空間、４
８：放熱版、４９：空間放電用電源、５０：沿面放電用
電源、５１：共通の放電電極、５２：共通電源、５３，
５４：ダイオード、５４：コンデンサ、５５：放熱装
置、５６：冷却部。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空間放電と沿面放電とを、原料ガスを導入
   する共通の放電空間に生起させることを特徴とするオゾ
   ン製造装置。
2. 【請求項２】前記空間放電の生起手段が、空間放電用第
   １電極と、該空間放電用第１電極を前記空間と反対側に
   設けた空間放電用誘電体と、該空間放電用誘電体の前面
   に前記空間を介して対抗させた空間放電用第２電極と、
   前記空間放電用第１電極と前記空間放電用第２電極の間
   に電圧を印加する空間放電用電源とからなり、 前記沿面放電の生起手段が、沿面放電用第１電極と、該
   沿面放電用第１電極を前記空間と反対側に設けた沿面放
   電用誘電体と、該沿面放電用誘電体の前記空間側に設け
   た沿面放電用第２電極と、前記沿面放電用第１電極と前
   記沿面放電用第２電極の間に電圧を印加する沿面放電用
   電源からなることを特徴とする請求項１に記載のオゾン
   製造装置。
3. 【請求項３】前記空間放電用第２電極と前記沿面放電用
   第２電極とを共通の電極としたことを特徴とする請求項
   ２に記載のオゾン製造装置。
4. 【請求項４】前記空間放電用第２電極と前記沿面放電用
   第１電極とを共通の電極としたことを特徴とする請求項
   ２に記載のオゾン製造装置。
5. 【請求項５】前記沿面放電用誘電体と前記空間放電用誘
   電体とを共通の誘電体としたことを特徴とする請求項２
   又は３に記載のオゾン製造装置。
6. 【請求項６】前記空間放電用電源と前記沿面放電用電源
   とを共通の電源としたことを特徴とする請求項２乃至４
   に記載のオゾン製造装置。
7. 【請求項７】前記空間放電用第１電極と前記空間放電用
   第２電極との間に流れる電流の位相と、前記沿面放電用
   第１電極と前記沿面放電用第２電極との間に流れる電流
   の位相を調整する手段を具備することを特徴とする請求
   項２乃至５に記載のオゾン製造装置。
8. 【請求項８】前記空間放電と前記沿面放電を異なったタ
   イミングで行わせる手段を具備することを特徴とする請
   求項６に記載のオゾン製造装置。