JP2012111666A - Creeping discharge type ozonizer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、投入する放電電力と冷却温度を制御することで超高濃度オゾン（１２ｖｏｌ％以上）を発生させたり、効率よくオゾン発生量を大きくすることができる円筒状の沿面放電型オゾナイザーに関するものである。 The present invention relates to a cylindrical creeping discharge type ozonizer capable of generating ultra-high-concentration ozone (12 vol% or more) or efficiently increasing the amount of ozone generated by controlling the discharge power and cooling temperature to be input. It is.
円筒状の沿面放電型オゾナイザーは、従来、水冷または空冷することで冷却していた。例えば、特許文献１の図１のように円筒状の沿面放電型オゾン発生素子の周りに缶体を形成し、この沿面放電型オゾン発生素子と缶体の空間に冷却水を供給して水冷していた。 Conventionally, a cylindrical creeping discharge type ozonizer has been cooled by water cooling or air cooling. For example, as shown in FIG. 1 of Patent Document 1, a can is formed around a cylindrical creeping discharge type ozone generating element, and cooling water is supplied to the space between the creeping discharge type ozone generating element and the can to cool the water. It was.
または、特許文献２の第１図や第５図のように、円筒状の沿面放電型オゾナイザーの周りに刷毛状フィンや細板状フィンを取り付けファンで空気を送風することで冷却していた。
Alternatively, as shown in FIG. 1 and FIG. 5 of
一般にオゾナイザーは冷却温度を低くするほど発生オゾン濃度ならびにオゾン発生量はよく知られている。 In general, the ozone concentration and the amount of ozone generation are well known for the ozonizer as the cooling temperature is lowered.
しかしながら、円筒状の沿面放電型オゾナイザーは円筒状アルミナセラミックの外表面から冷却されており、実際に沿面放電が発生し、オゾンが生成される円筒状アルミナセラミックの内表面の温度は、放電で消費される電力（投入電力）の影響を大きく受ける。 However, the cylindrical creeping discharge type ozonizer is cooled from the outer surface of the cylindrical alumina ceramic, and the temperature of the inner surface of the cylindrical alumina ceramic where ozone is generated is actually consumed by the discharge. It is greatly affected by the electric power (input power).
投入電力の８０％以上は熱となって円筒状アルミナセラミック内面およびその近傍のガス温度を上昇させる。その結果、投入電力を大きくしすぎると、生成されたオゾンは熱分解されてしまい、折角生成した高濃度オゾンもその濃度が低下してしまう。 More than 80% of the input power becomes heat and raises the temperature of gas inside and around the cylindrical alumina ceramic. As a result, if the input power is increased too much, the generated ozone is thermally decomposed, and the concentration of the high-concentration ozone that is generated at the corner is also lowered.
もしくは、ガス温度上昇によるオゾン分解のみならず、沿面放電によるオゾンの直接分解反応も進むため、投入電力を大きくしてもオゾン発生量は投入電力に応じて増加せず、オゾン発生効率が低下してしまう。 Or, since not only ozone decomposition due to gas temperature rise but also direct decomposition reaction of ozone by creeping discharge, even if the input power is increased, the amount of ozone generation does not increase according to the input power, and the ozone generation efficiency decreases. End up.
半導体生成プロセスのシリコン酸化膜の作製などにおいて、高濃度オゾン、特に１２ｖｏｌ％以上の高濃度オゾンが求められている。 High-concentration ozone, particularly high-concentration ozone of 12 vol% or more is required in the production of a silicon oxide film in a semiconductor generation process.
円筒状の沿面放電型オゾナイザーで高濃度オゾン、特に１２ｖｏｌ％以上の高濃度オゾンを生成する場合、沿面放電領域の冷却と投入電力、さらには、酸素ガス供給量のバランスが重要であり、冷却能力の不足、投入電力の過不足、酸素ガス供給量の過剰があった場合には目的とする高濃度オゾンを発生させることができない。 When generating high-concentration ozone, especially high-concentration ozone of 12 vol% or more, with a cylindrical creeping discharge type ozonizer, it is important to balance the cooling of the creeping discharge region and the input power, as well as the oxygen gas supply amount. If there is a shortage of electricity, an excess or shortage of input power, or an excess of oxygen gas supply, the target high-concentration ozone cannot be generated.
そこで、円筒状の沿面放電型オゾナイザーの構造を熱伝導が良好とすると共に一定以下の冷却温度を保持するための冷却システムを用いることで、投入電力量と酸素ガス供給量の最適化を図り、１２ｖｏｌ％以上の高濃度オゾンを安定に得ることを目的としている。 Therefore, the structure of the cylindrical creeping discharge type ozonizer has a good heat conduction and uses a cooling system for maintaining a cooling temperature below a certain level, thereby optimizing the input power amount and the oxygen gas supply amount. The object is to stably obtain high-concentration ozone of 12 vol% or more.
一方、水処理などでは高濃度のオゾン発生と同時にオゾナイザーのオゾン発生効率が高いことが求められており、冷却にかかる電力を含めた全消費電力の低減を計ることを目的としている。 On the other hand, in the case of water treatment and the like, ozone generation efficiency of the ozonizer is required at the same time as the generation of high-concentration ozone, and the purpose is to reduce the total power consumption including the power required for cooling.
さらに、環境の室温（風冷の場合）や冷却水の温度（水冷の場合）によりオゾン発生量が変化しないで安定なオゾン供給を行うことを目的としている。 Furthermore, the object is to provide a stable ozone supply without changing the amount of ozone generated depending on the room temperature of the environment (in the case of air cooling) or the temperature of cooling water (in the case of water cooling).
本発明は、円筒状に形成された純度９０％以上のアルミナセラミックの内表面に線状の放電電極を設け、かつ、その内部または外表面に面状の誘導電極を設けた沿面放電素子に高周波高電圧を印加して沿面放電を発生させることでオゾンを生成する沿面放電型オゾナイザーにおいて
１．円筒状に形成された純度９０％以上のアルミナセラミックの肉厚を２ｍｍ以下とし
２．沿面放電素子の沿面放電領域にその単位面積当たり４．５〜９ｋＷ／ｍ２の放電電力を注入し
３．円筒状のセラミックの外表面温度を−３５℃以下に保持し
４．露点−５０℃以下の酸素ガスを沿面放電素子の沿面放電領域にその単位面積当たり２０リットル／分／ｍ２以下で供給することで
濃度１２ｖｏｌ％以上のオゾンを生成することを特徴としている。
The present invention relates to a creeping discharge element in which a linear discharge electrode is provided on the inner surface of a cylindrically formed alumina ceramic having a purity of 90% or more and a planar induction electrode is provided on the inner or outer surface thereof. 1. In a creeping discharge type ozonizer that generates ozone by generating a creeping discharge by applying a high voltage. 1. Thickness of alumina ceramic having a purity of 90% or more formed in a cylindrical shape is set to 2 mm or less. 2. A discharge power of 4.5 to 9 kW / m 2 per unit area is injected into a creeping discharge region of the creeping discharge element. 3. Maintain the outer surface temperature of the cylindrical ceramic at −35 ° C. or lower. Oxygen gas having a dew point of −50 ° C. or less is supplied to the creeping discharge region of the creeping discharge element at a rate of 20 liters / minute / m 2 or less per unit area to generate ozone having a concentration of 12 vol% or more.
９０％以上のアルミナセラミックでは熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫ程度であるので、アルミナセラミックの肉厚を２ｍｍ以下とすることで沿面放電領域とセラミック外表面間の熱抵抗を単位面積当たり、約１ｘ１０４Ｗ／Ｋ／ｍ２とすることができる。 90% or more of the alumina ceramic has a thermal conductivity of about 20 W / mK. Therefore, by setting the thickness of the alumina ceramic to 2 mm or less, the thermal resistance between the creeping discharge region and the outer surface of the ceramic is about 1 × 10 4 W / unit area. it can be K / m 2.
この場合、沿面放電領域にその単位面積当たり４．５〜９ｋＷ／ｍ２の放電電力を注入したとしても円筒状のアルミナセラミックの内外面の温度差は１℃以下となり、セラミック外表面の温度を−３５℃以下に保持すれば、オゾン生成領域である沿面放電領域の温度もセラミック外表面の温度と大差なく−３５℃程度以下を維持でき、熱によるオゾン分解が顕著となることを防止することができる。 In this case, even if a discharge power of 4.5 to 9 kW / m 2 per unit area is injected into the creeping discharge region, the temperature difference between the inner and outer surfaces of the cylindrical alumina ceramic is 1 ° C. or less, and the temperature of the ceramic outer surface is reduced. If maintained at −35 ° C. or lower, the temperature of the creeping discharge region, which is the ozone generation region, can be maintained at approximately −35 ° C. or lower with no significant difference from the temperature of the outer surface of the ceramic. Can do.
その結果、この円筒型沿面放電素子の沿面放電領域に露点−５０℃以下の酸素ガスをその単位面積当たり２０リットル／分／ｍ２以下で供給すると濃度１２ｖｏｌ％以上のオゾンを得ることができる。 As a result, when oxygen gas having a dew point of −50 ° C. or less is supplied to the creeping discharge region of this cylindrical creeping discharge element at a rate of 20 liter / min / m 2 or less per unit area, ozone with a concentration of 12 vol% or more can be obtained.
また、円筒状に形成された純度９０％以上のアルミナセラミックの内表面に線状の放電電極を設け、かつ、その内部または外表面に面状の誘導電極を設けた沿面放電素子に高周波高電圧を印加して沿面放電を発生させることでオゾンを生成する沿面放電型オゾナイザーにおいて、
１．円筒状に形成された純度９０％以上のアルミナセラミックの肉厚を２ｍｍ以下とし
２．沿面放電素子の沿面放電領域にその単位面積当たり１０ｋＷ／ｍ２以下の放電電力を注入し
３．円筒状のセラミックの外表面温度を０℃以下に保持し
４．露点−５０℃以下の酸素ガスを沿面放電領域にその単位面積当たり１００リットル／分／ｍ２以下の供給量で
濃度６ｖｏｌ％以上のオゾンを生成することを特徴としている。
Further, a high frequency high voltage is applied to a creeping discharge element in which a linear discharge electrode is provided on the inner surface of a cylindrically formed alumina ceramic having a purity of 90% or more and a planar induction electrode is provided on the inner or outer surface thereof. In a creeping discharge type ozonizer that generates ozone by generating creeping discharge by applying
1. 1. Thickness of alumina ceramic having a purity of 90% or more formed in a cylindrical shape is set to 2 mm or less. 2. Inject a discharge power of 10 kW / m 2 or less per unit area into the creeping discharge region of the creeping discharge element. 3. Keep the outer surface temperature of the cylindrical ceramic below 0 ° C. Oxygen gas having a dew point of −50 ° C. or less is generated in the creeping discharge region at a supply amount of 100 liter / min / m 2 or less per unit area, and ozone having a concentration of 6 vol% or more is generated.
この場合も同様に、沿面放電領域にその単位面積当たり１０ｋＷ／ｍ２以下の放電電力を注入したとしても円筒状のアルミナセラミックの内外面の温度差は１℃以下となり、セラミック外表面の温度を０℃以下に保持すれば、オゾン生成領域である沿面放電領域の温度もセラミック外表面の温度と大差なく０℃程度以下を維持できる。 In this case as well, even if a discharge power of 10 kW / m 2 or less per unit area is injected into the creeping discharge region, the temperature difference between the inner and outer surfaces of the cylindrical alumina ceramic is 1 ° C. or less, and the temperature of the ceramic outer surface is reduced. If maintained at 0 ° C. or lower, the temperature of the creeping discharge region, which is the ozone generation region, can be maintained at about 0 ° C. or lower without much difference from the temperature of the ceramic outer surface.
さらに、沿面放電領域にその単位面積当たり１０ｋＷ／ｍ２以下の放電電力を注入した場合、沿面放電によるオゾンの直接的な分解反応が生成反応に比べて顕著とはならないため、オゾン発生効率の低下を防止できる。 Furthermore, when a discharge power of 10 kW / m 2 or less per unit area is injected into the creeping discharge region, the ozone decomposition efficiency decreases because the direct decomposition reaction of ozone due to the creeping discharge is not significant compared to the generation reaction. Can be prevented.
その結果、この円筒型沿面放電素子の沿面放電領域に露点−５０℃以下の酸素ガスをその単位面積当たり１００リットル／分／ｍ２以下で供給すると濃度６ｖｏｌ％以上のオゾンを得ることができる。 As a result, when oxygen gas having a dew point of −50 ° C. or less is supplied to the creeping discharge region of this cylindrical creeping discharge element at a rate of 100 liter / min / m 2 or less per unit area, ozone with a concentration of 6 vol% or more can be obtained.
いずれの場合も、円筒型沿面放電素子の放電電極がむき出しならば、沿面放電のスパッタリングにより放電電極が摩耗してしまうので、アルミナセラミックやガラスで放電電極をコーティングするとよい。 In any case, if the discharge electrode of the cylindrical creeping discharge element is exposed, the discharge electrode is worn by sputtering of the creeping discharge, so it is preferable to coat the discharge electrode with alumina ceramic or glass.
ただし、この場合、コーティングの膜厚は１０〜５０μｍと薄くして、コーティングによる熱抵抗が円筒状のアルミナセラミック肉厚自体の熱抵抗より十分小さな値としておく必要がある。 However, in this case, it is necessary to make the coating film thickness as thin as 10 to 50 μm so that the thermal resistance due to the coating is sufficiently smaller than the thermal resistance of the cylindrical alumina ceramic thickness itself.
円筒状のアルミナセラミックの外表面温度を−３５℃以下もしくは０℃以下に保つ方法として、アルミナセラミックの外表面に、例えば、シリコン製熱伝導シートを挟んで熱接触させたプレートに設けられた流路に冷媒液を供給し、その蒸発潜熱によりプレートが冷却されると同時にアルミナセラミックの外表面からプレートへ熱を吸熱することができる。 As a method of keeping the outer surface temperature of the cylindrical alumina ceramic at −35 ° C. or lower or 0 ° C. or lower, for example, a flow provided on a plate that is in thermal contact with the outer surface of the alumina ceramic with, for example, a silicon thermal conductive sheet interposed therebetween The refrigerant liquid is supplied to the passage, and the plate is cooled by the latent heat of vaporization. At the same time, heat can be absorbed from the outer surface of the alumina ceramic to the plate.
さらに、室温で供給される露点−５０℃以下の酸素を前記プレートを冷却する冷媒液の蒸発潜熱で予め冷却して円筒型アルミナセラミックの外表面温度に近い温度で供給することにより、酸素の冷却を円筒状の沿面放電型オゾナイザー自体で冷却する場合に比べて、酸素ガスが沿面放電に曝された直後から冷却された状態であるため生成されたオゾンの分解反応がおきにくい。 Further, oxygen having a dew point of −50 ° C. or less supplied at room temperature is cooled in advance by the latent heat of vaporization of the refrigerant liquid that cools the plate, and is supplied at a temperature close to the outer surface temperature of the cylindrical alumina ceramic. As compared with the case where the gas is cooled by the cylindrical creeping discharge type ozonizer itself, since the oxygen gas is cooled immediately after being exposed to the creeping discharge, the generated ozone is less likely to decompose.
前記プレートを冷却する冷媒液として、例えば、Ｒ４０４Ａを用い、これをヒートポンプ回路で循環させると容易に円筒状のアルミナセラミックの外表面温度を−３５℃に維持することが可能である。 As the refrigerant liquid for cooling the plate, for example, R404A is used, and when this is circulated in a heat pump circuit, the outer surface temperature of the cylindrical alumina ceramic can be easily maintained at -35 ° C.
また、例えば、Ｒ１３４ａを用い、これをヒートポンプ回路で循環させると容易に円筒状のアルミナセラミックの外表面温度を０℃以下に維持することが可能である。 Further, for example, when R134a is used and circulated in a heat pump circuit, the outer surface temperature of the cylindrical alumina ceramic can be easily maintained at 0 ° C. or less.
ヒートポンプ回路を用いれば、円筒状のアルミナセラミックの外表面温度を計測しながら冷媒液の流量をコントロールすることが可能で、経済的なヒートポンプ回路の運転が可能となる。 If the heat pump circuit is used, the flow rate of the refrigerant liquid can be controlled while measuring the outer surface temperature of the cylindrical alumina ceramic, and the operation of the economical heat pump circuit becomes possible.
本発明による沿面放電型オゾナイザーを、円筒状のセラミックの外表面温度に見合った沿面放電の放電電力で駆動し、さらに、それに見合った酸素ガスを供給することで、濃度１２ｖｏｌ％以上の高濃度オゾンを安定に生成することができる。 By driving the creeping discharge type ozonizer according to the present invention with the discharge power of the creeping discharge corresponding to the outer surface temperature of the cylindrical ceramic, and further supplying the oxygen gas corresponding to it, the high concentration ozone having a concentration of 12 vol% or more Can be stably generated.
また、本発明による沿面放電型オゾナイザーを、円筒状のセラミックの外表面温度に見合った沿面放電の放電電力で駆動し、さらに、それに見合った酸素ガスを供給することで、冷却にかかる電力を含めてオゾン生成効率の良いオゾナイザーとすることができる。 In addition, the creeping discharge type ozonizer according to the present invention is driven by the discharge power of the creeping discharge corresponding to the outer surface temperature of the cylindrical ceramic, and further, by supplying oxygen gas corresponding to the driving power, the electric power required for cooling is included. Thus, an ozonizer with good ozone generation efficiency can be obtained.
図１に示すように純度９０％以上の円筒型アルミナセラミック２の内表面７に線状の放電電極８を設け、その内部に面状の誘導電極６を設けけ、さらに、内表面７に１０〜５０μｍのコーティング（アルミナ又はガラス）９を形成した沿面放電型オゾナイザーにおいて、放電電極ターミナル３と誘導電極ターミナル１を介して図示されていない高周波高電圧電源を接続することで両電極間に高周波高電圧を印加させれ沿面放電を発生させる。
As shown in FIG. 1, a
この時、図２に示した内面の展開図において、沿面放電領域（ハッチング部分）２１で沿面放電が発生する。 At this time, creeping discharge occurs in the creeping discharge region (hatched portion) 21 in the development of the inner surface shown in FIG.
この沿面放電領域でオゾンが生成されると同時に沿面放電で発生する熱も生じため、円筒型アルミナセラミック２を介して外表面から冷却を行う必要がある。
Since ozone is generated in the creeping discharge region and heat generated by the creeping discharge is also generated, it is necessary to cool from the outer surface through the
冷却を行うために、図３に示すように円筒型アルミナセラミック２の外表面に熱伝導シリコン４０を介して銅製の円筒形に形成した熱接触プレート３４を取り付ける。
In order to perform cooling, as shown in FIG. 3, a thermal contact plate 34 formed in a copper cylindrical shape is attached to the outer surface of the
この場合、図示していないが、これら全体を断熱材で覆うか、若しくは真空断熱容器内に保持して、室温から断熱する必要がある。 In this case, although not illustrated, it is necessary to insulate from the room temperature by covering them entirely with a heat insulating material or holding them in a vacuum heat insulating container.
この熱接触プレート３４には冷媒液が流れる冷媒液流路３５が取り付けてあり、この流路で冷媒液は熱接触プレート３４からの熱で蒸発し、蒸発潜熱を放出することで熱接触プレート３４が冷却される。
The thermal contact plate 34 is provided with a refrigerant
熱接触プレート３４は熱伝導シリコン４０と円筒型アルミナセラミック２、さらに、コーティング９を介して沿面放電領域２１を冷却する。
The thermal contact plate 34 cools the creeping
冷媒液は図４に示すヒートポンプ回路を液体と気体の相変化を伴いながら循環する。 The refrigerant liquid circulates through the heat pump circuit shown in FIG. 4 with a phase change between the liquid and the gas.
図４のヒートポンプ回路は一般的なもので、冷媒が圧縮機６１、凝縮器５２、膨張弁５６を通過して熱接触プレートを具備した沿面放電オゾナイザーを蒸発器５３で蒸発して冷却を行うものである。
The heat pump circuit of FIG. 4 is a general one, and the refrigerant passes through the
図４では省略されているが、必要に応じてアキュムレータを冷媒回路内に設けるとよい。 Although omitted in FIG. 4, an accumulator may be provided in the refrigerant circuit as necessary.
また、沿面放電型オゾナイザーに供給する酸素を冷却するために、熱交換器５６を本冷媒回路内の蒸発器として追加するとよい。 Further, in order to cool oxygen supplied to the creeping discharge type ozonizer, the heat exchanger 56 may be added as an evaporator in the refrigerant circuit.
冷却された酸素ガスを酸素ガス入口３２から導入すると沿面放電領域２１を通過しつつオゾンガスに変化され、酸素ガス入口の反対側のガス管３６の右端からオゾンガス出口３２を通ってオゾンガスが取り出される。
When the cooled oxygen gas is introduced from the oxygen gas inlet 32, it is converted into ozone gas while passing through the creeping
なお、この場合酸素ガス入口を３１とし、オゾンガス出口を３２としてもよい。 In this case, the oxygen gas inlet may be 31 and the ozone gas outlet may be 32.
また、円筒型アルミナセラミック２の外表面に熱電対や測温抵抗体などの温度センサーを熱接触良好に取り付け、その温度信号５９を制御器５５に伝送し、設定温度に保持するように圧縮機６１のモータ駆動周波数を制御するインバータ制御信号４４や膨張弁５６の開度を変えるための膨張弁開度信号４８を制御器５５で生成のうえ送信することもできる。
Further, a temperature sensor such as a thermocouple or a resistance temperature detector is attached to the outer surface of the
冷媒液としてＲ４０４Ａを用い、厚さ２ｍｍの円筒状のアルミナセラミックの外表面温度を−３５℃以下に保つように図４のヒートポンプ回路を運転した。 The heat pump circuit of FIG. 4 was operated so that the outer surface temperature of the cylindrical alumina ceramic having a thickness of 2 mm was kept at −35 ° C. or less using R404A as the refrigerant liquid.
また、図２に示す線状の放電電極の間隔を５ｍｍとし沿面放電領域を０．０５ｍ２の沿面放電型オゾナイザーを製作し、沿面放電電力として３．５〜１０．７ｋＷ／ｍ２を供給し、さらに、露点−５０℃以下の酸素ガス（純度９９．５％以上）を１リットル／分で酸素ガス入口３２から供給したところ、図５に示すように沿面放電電力と得られたオゾン濃度の関係が得られた。 Further, the creeping discharge region gap and 5mm of linear discharge electrode shown in FIG. 2 to prepare a creeping discharge type ozonizer of 0.05 m 2, to supply 3.5~10.7kW / m 2 as a creeping discharge power Furthermore, when oxygen gas having a dew point of −50 ° C. or less (purity 99.5% or more) was supplied from the oxygen gas inlet 32 at a rate of 1 liter / min, the creeping discharge power and the ozone concentration obtained as shown in FIG. A relationship was obtained.
この場合、１２ｖｏｌ％以上のオゾン濃度が得られたのは４．５〜９ｋＷ／ｍ２の投入電力で沿面放電を行った場合であった。 In this case, the ozone concentration of 12 vol% or more was obtained when creeping discharge was performed with an input power of 4.5 to 9 kW / m 2 .
すなわち、沿面放電素子の沿面放電領域にその単位面積当たり４．５〜９ｋＷ／ｍ２の放電電力を注入し、円筒状のセラミックの外表面温度を−３５℃以下に保持し、露点−５０℃以下の酸素ガスを沿面放電素子の沿面放電領域にその単位面積当たり２０リットル／分／ｍ２以下で供給することで、濃度１２ｖｏｌ％以上のオゾンを生成することができた。
That is, a discharge power of 4.5 to 9 kW / m 2 per unit area is injected into the creeping discharge region of the creeping discharge element, the outer surface temperature of the cylindrical ceramic is kept at −35 ° C. or lower, and the dew point is −50 ° C. By supplying the following oxygen gas to the creeping discharge region of the creeping discharge element at a rate of 20 liter / min /
冷媒液としてＲ１３４ａを用い、厚さ２ｍｍの円筒状のアルミナセラミックの外表面温度を０℃以下に保つように図４のヒートポンプ回路を運転した。 The heat pump circuit of FIG. 4 was operated so that the outer surface temperature of the cylindrical alumina ceramic having a thickness of 2 mm was maintained at 0 ° C. or less using R134a as the refrigerant liquid.
また、図２に示す線状の放電電極の間隔を５ｍｍとし沿面放電領域を０．０５ｍ２の沿面放電型オゾナイザーを製作し、沿面放電電力として１０ｋＷ／ｍ２を供給し、さらに、露点−５０℃以下の酸素ガス（純度９９．５％以上）を１〜１０リットル／分で酸素ガス入口３２から供給したところ、図６に示すように酸素ガス供給量と得られたオゾン濃度の関係が得られた。 Further, the creeping discharge region gap and 5mm of linear discharge electrode shown in FIG. 2 to prepare a creeping discharge type ozonizer of 0.05 m 2, supplying 10 kW / m 2 as a creeping discharge power, further, dew point -50 When oxygen gas (degrees of purity: 99.5% or more) was supplied from the oxygen gas inlet 32 at a rate of 1 to 10 liters / minute, the relationship between the oxygen gas supply rate and the obtained ozone concentration was obtained as shown in FIG. It was.
この場合、６ｖｏｌ％以上のオゾン濃度が得られたのは酸素ガス供給量５リットル／分以下の酸素で駆動した場合であった。 In this case, the ozone concentration of 6 vol% or more was obtained when the driving was performed with oxygen having an oxygen gas supply rate of 5 liters / min or less.
すなわち、沿面放電素子の沿面放電領域にその単位面積当たり５ｋＷ／ｍ２の放電電力を注入し、円筒状のセラミックの外表面温度を０℃以下に保持し、露点−５０℃以下の酸素ガスを沿面放電素子の沿面放電領域にその単位面積当たり１００リットル／分／ｍ２以下で供給することで、濃度６ｖｏｌ％以上のオゾンを生成することができた。 That is, discharge power of 5 kW / m 2 per unit area is injected into the creeping discharge region of the creeping discharge element, the outer surface temperature of the cylindrical ceramic is kept at 0 ° C. or lower, and oxygen gas with a dew point of −50 ° C. or lower is supplied. By supplying the creeping discharge region of the creeping discharge element at a rate of 100 liter / min / m 2 or less per unit area, ozone having a concentration of 6 vol% or more could be generated.
比較として、図６には同じ構造の円筒状の沿面放電型オゾナイザーで冷却水で水冷した場合のデータを示している。 For comparison, FIG. 6 shows data in the case of water cooling with cooling water using a cylindrical creeping discharge type ozonizer having the same structure.
この場合、冷却水はチラーで５℃に冷却し循環ポンプを用いて冷却した。 In this case, the cooling water was cooled to 5 ° C. with a chiller and cooled using a circulation pump.
水冷の場合、オゾン濃度は２０％以上低下するとともに、冷却システムを含めた消費電力は１５％程度増加した。 In the case of water cooling, the ozone concentration decreased by 20% or more, and the power consumption including the cooling system increased by about 15%.
このように、ヒートポンプを用いて０℃以下に保つことにオゾン発生効率（単位消費電力当たりのオゾン発生量）は３０％以上良くなった。 Thus, ozone generation efficiency (ozone generation amount per unit power consumption) was improved by 30% or more by keeping the temperature below 0 ° C. using a heat pump.
半導体製造プロセスで求められている１２ｖｏｌ％以上の高濃度オゾンも、水処理などで求められている６ｖｏｌ％以上のオゾンを高効率に発生させるオゾナイザーも本発明の円筒型アルミナセラミックで作製した沿面放電型オゾナイザーの外表面をヒートポンプで−３５℃以下または０℃以下に冷却することで可能となり、何れの分野においても直ちに実用化することができる。 Creeping discharge produced with the cylindrical alumina ceramic of the present invention is a high-concentration ozone of 12 vol% or more required in the semiconductor manufacturing process and an ozonizer that generates ozone of 6 vol% or more required in water treatment or the like with high efficiency. It becomes possible by cooling the outer surface of the mold ozonizer to −35 ° C. or lower or 0 ° C. or lower with a heat pump, and can be put into practical use in any field.
１ 誘導電極ターミナル
２ 円筒型アルミナセラミック
３ 放電電極ターミナル
４ 円筒型アルミナセラミック外表面
５ 誘導電極
６ 誘電体（アルミナセラミック）
７ 円筒型アルミナセラミック内表面
８ 放電電極
９ コーティング（アルミ又はガラス）
２１ 沿面放電領域（ハッチング部分））
３１ オゾンガス出口（又は酸素ガス入口）
３２ 酸素ガス入口（又はオゾンガス出口）
３３ 密閉フランジ
３４ 熱接触プレート
３５ 冷媒液流路
３６ ガス管
３７ 密閉フランジ
３８ 冷媒液入口
３９ 冷媒ガス出口
４０ 熱伝導シリコン
５１ ファン
５２ 凝縮器
５３ 冷媒配管
５４ インバータ制御信号
５５ 制御器
５６ 膨張弁
５７ 冷媒液の流れ方向
５８ 膨張弁開度信号
５９ 温度信号
６０ 冷媒ガス流れ方向
６１ 圧縮機
６２ 温度センサー（熱電対、測温抵抗体など）
６３ 蒸発器（沿面放電型オゾナイザー）
６４ オゾンガス配管
６５ 酸素ガス配管
６６ 熱交換器
６７ 酸素ガス配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
7 Cylindrical alumina ceramic
21 Creeping discharge area (hatched area)
31 Ozone gas outlet (or oxygen gas inlet)
32 Oxygen gas inlet (or ozone gas outlet)
33 Sealing flange 34
63 Evaporator (creeping discharge type ozonizer)
64 Ozone gas piping 65 Oxygen gas piping 66
Claims (7)
１．円筒状に形成された純度９０％以上のアルミナセラミックの肉厚を２ｍｍ以下とし
２．沿面放電素子の沿面放電領域にその単位面積当たり４．５〜９ｋＷ／ｍ２の放電電力を注入し
３．円筒状のセラミックの外表面温度を−３５℃以下に保持し
４．露点−５０℃以下の酸素ガスを沿面放電素子の沿面放電領域にその単位面積当たり２０リットル／分／ｍ２以下で供給することで
濃度１２ｖｏｌ％以上のオゾンを生成することを特徴とする沿面放電型オゾナイザー。 A high frequency high voltage is applied to a creeping discharge element in which a linear discharge electrode is provided on the inner surface of a cylindrically formed alumina ceramic having a purity of 90% or more and a planar induction electrode is provided on the inner or outer surface thereof. In a creeping discharge type ozonizer that generates ozone by generating creeping discharge,
1. 1. Thickness of alumina ceramic having a purity of 90% or more formed in a cylindrical shape is set to 2 mm or less. 2. A discharge power of 4.5 to 9 kW / m 2 per unit area is injected into a creeping discharge region of the creeping discharge element. 3. Maintain the outer surface temperature of the cylindrical ceramic at −35 ° C. or lower. A creeping discharge characterized in that ozone having a concentration of 12 vol% or more is generated by supplying oxygen gas having a dew point of −50 ° C. or less to the creeping discharge region of the creeping discharge element at a rate of 20 liter / min / m 2 or less per unit area. Type ozonizer.
１．円筒状に形成された純度９０％以上のアルミナセラミックの肉厚を２ｍｍ以下とし
２．沿面放電素子の沿面放電領域にその単位面積当たり１０ｋＷ／ｍ２以下の放電電力を注入し
３．円筒状のセラミックの外表面温度を０℃以下に保持し
４．露点−５０℃以下の酸素ガスを沿面放電領域にその単位面積当たり１００リットル／分／ｍ２以下の供給量で
濃度６ｖｏｌ％以上のオゾンを生成することを特徴とする沿面放電型オゾナイザー。 A high frequency high voltage is applied to a creeping discharge element in which a linear discharge electrode is provided on the inner surface of a cylindrically formed alumina ceramic having a purity of 90% or more and a planar induction electrode is provided on the inner or outer surface thereof. In a creeping discharge type ozonizer that generates ozone by generating creeping discharge,
1. 1. Thickness of alumina ceramic having a purity of 90% or more formed in a cylindrical shape is set to 2 mm or less. 2. Inject a discharge power of 10 kW / m 2 or less per unit area into the creeping discharge region of the creeping discharge element. 3. Keep the outer surface temperature of the cylindrical ceramic below 0 ° C. A creeping discharge type ozonizer characterized in that ozone gas having a concentration of 6 vol% or more is generated in a creeping discharge region by supplying oxygen gas having a dew point of −50 ° C. or less to a creeping discharge region at a rate of 100 liters / minute / m 2 or less.
アルミナセラミックの内表面に放電電極を覆ってアルミセラミック若しくはガラスでコーティングを施し放電電極の消耗を防止したことを特徴とする請求項１から２に記載の沿面放電型オゾナイザー。 A creeping discharge element in which a linear discharge electrode is provided on the inner surface of an alumina ceramic of 90% purity or more formed in a cylindrical shape with a wall thickness of 2 mm or less, and a planar induction electrode is provided on the inner or outer surface thereof In a creeping discharge type ozonizer that generates ozone by applying a high frequency high voltage to generate creeping discharge,
3. The creeping discharge type ozonizer according to claim 1, wherein the discharge electrode is covered on the inner surface of the alumina ceramic and coated with aluminum ceramic or glass to prevent the discharge electrode from being consumed.
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|---|---|---|---|
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