JP2014118342A - オゾン発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態のオゾン発生装置は、第1電極と第2電極との間に、誘電体及び所定長の放電ギャップを介して所定の高電圧を印加して放電ギャップ中を流れる原料ガスに放電させ、オゾンを発生させるオゾン発生装置である。そして、誘電体の静電容量Cdと、放電ギャップの静電容量Caとが、Cd>Caを満たすように、誘電体の厚さ及び放電ギャップ長が設定されている。
【選択図】図1
Description
近年になり、電力密度W/Sが高くなり、また、生成するオゾンの高濃度化により、放電ギャップを短縮化することで冷却効果を高めている。放電空間の平均的な温度上昇ΔTは、
ΔT=(1/(3・k))×(W/S)×d
で表される。
ここで、kはガスの熱伝導率、Wは放電電力、Sは放電面積、dは放電ギャップを示す。
そして、誘電体の静電容量Cdと、放電ギャップの静電容量Caとが、
Cd>Ca
を満たすように、誘電体の厚さ及び放電ギャップ長が設定されている。
[1]第1実施形態
図1は、第1実施形態のオゾン発生装置の概要構成説明図である。
第1実施形態のオゾン発生装置10は、誘電体バリア放電式のオゾン発生装置として構成されている。
上記構成において、第1電極11、第2電極12、誘電体バリア13及びスペーサ14は、気密容器17内に収納されている。
そして生成されたオゾンガスあるいはこのオゾンガス水とバブリングすることにより得られるオゾン水は、例えば水処理技術などに適用し、処理されるべき水の脱臭、脱色、及び殺菌等に使用することで、より効率的にこれらの処理を行うことができる。
無声放電が形成されるまでのオゾン発生器の放電部の等価回路はキャパシタの直列回路である。誘電体の静電容量Cg及び放電ギャップの静電容量Caは、それぞれ次式で表される。
Cg=εg・S/dg ……(1)
Ca=εa・S/da ……(2)
ここで、εgは誘電体バリア13の誘電率、Sは放電面積、dgは誘電体バリア13の厚さで、εaは、放電ギャップGの誘電率、daは放電ギャップGのギャップ長である。
図4は、放電部のインピーダンスベクトルの説明図である。
無声放電が発生したときのオゾン発生装置10の放電部は、抵抗とキャパシタの直列回路(RC直列回路)として表される。
このとき、リアクタンスをXcとし、抵抗をR、放電部のインピーダンスをZとしたときの抵抗とキャパシタの直列回路のインピーダンスベクトルは、図4に示すようになる。
ここで、抵抗Rは、放電ギャップ長dによって定まるので、放電ギャップ長dを一定とした場合、放電部の力率を上げるには、リアクタンスXcを小さくすればよいことになる。
Xc=1/(ω・Cg)
ここで、ωは角周波数である。
したがって、リアクタンスXcを小さくするには、誘電体バリア13の誘電率εgを大きくすればよく、(1)式より、誘電体バリア13の厚さdgを薄くすればいいことがわかる。
具体的には、放電ギャップ長dとしては、オゾン発生効率の観点から、d≦0.6mmとするのが好ましい。また誘電体バリア13の厚さdgとしては、dg<1.8mmとするのが好ましい。
以上の説明のように、本第1実施形態によれば、電源の力率が向上し、オゾン発生装置、ひいては、オゾン発生装置を有するオゾン発生システム全体の効率が向上する。
図5は、第2実施形態のオゾン発生装置の概要構成説明図である。
図5において、図1の第1実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
実施形態のオゾン発生装置10Xは、誘電体バリア放電式のオゾン発生装置として構成されている。
また導電電極13XAは、金、銀、銅、ステンレス、クロム、錫、亜鉛、ニッケルカーボンあるいはアルミニウムをスパッタリング、溶射、蒸着、無電解メッキ、電解メッキ、塗料塗布などにより形成する。
[3.1]第1変形例
以上の各実施形態においては、原料ガスとして空気を用いていたが、酸素濃度90%以上の原料ガスを用いることで、より高濃度のオゾンを発生させることができ、オゾン発生システムの効率を向上することができる。
以上の説明においては、誘電体バリア13あるいは円筒状誘電体13Xの厚さdgを薄くすることで、リアクタンスXcを小さくする構成を採っていたが、誘電体バリア13あるいは円筒状誘電体13Xの厚さを薄くするにしても耐電圧上の限界があるため、厚さdgを薄くするのに代えて、あるいは、加えて、上述した(1)式から分かるように誘電体バリア13のあるいは円筒状誘電体13Xの誘電率εgを高くする(具体的には、誘電率εg≧6とするのが力率向上の観点から有効である)ように構成することも可能である。
以上の第1実施形態及び第2実施形態においては、単純にオゾン発生装置外部から原料ガスである空気を供給する構成を採っていたが、蒸発器を設け、液体酸素を気化させて得られる酸素ガスを原料ガスとして供給するようにすることも可能である。
以上の説明においては、電源として高電圧交流電源を用いていたが、パルス電源を用いるように構成することも可能である。
11 第1電極(平板電極)
11X 誘電体電極
12 第2電極(平板電極)
12X 第2電極(円筒電極)
13 誘電体バリア
13A 導電膜
13X 円筒状誘電体
13XA 導電電極(円筒電極)
13XB 高圧給電端子
14 スペーサ
15 高電圧交流電源
16 過電流遮断素子
17 気密容器
21 ガス入口配管
22 冷却水入口配管
23 冷却水出口配管
24 ガス出口配管
Claims (7)
- 第1電極と第2電極との間に、誘電体及び所定長の放電ギャップを介して所定の高電圧を印加して前記放電ギャップ中を流れる原料ガスに放電させ、オゾンを発生させるオゾン発生装置において、
前記誘電体の静電容量Cgと、前記放電ギャップの静電容量Caとが、
Cg>Ca
を満たすように、前記誘電体の厚さ及び前記放電ギャップ長が設定されている、
オゾン発生装置。 - 前記誘電体として、
前記誘電体の静電容量Cgと、前記放電ギャップの静電容量Caとが、
Cg>Ca
を満たす誘電率を有する誘電体を用いた、
請求項1記載のオゾン発生装置。 - 前記第1電極及び前記第2電極は、それぞれ平板電極として構成されている、
請求項1又は請求項2記載のオゾン発生装置。 - 前記第1電極は円筒電極として構成され、
前記第2電極は、前記第1電極と同軸に配置された円筒電極として構成されている、
請求項1又は請求項2記載のオゾン発生装置。 - 前記所定長を0.6mm以下とされている、
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のオゾン発生装置。 - 前記所定長を、より好ましくは、0.3mm〜0.5mmとされている、
請求項5記載のオゾン発生装置。 - 前記誘電率が6以上とされている、
請求項2記載のオゾン発生装置。
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JP2012276864A JP2014118342A (ja) | 2012-12-19 | 2012-12-19 | オゾン発生装置 |
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2012
- 2012-12-19 JP JP2012276864A patent/JP2014118342A/ja active Pending
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