JP6486843B2

JP6486843B2 - Ozone generator and power supply

Info

Publication number: JP6486843B2
Application number: JP2016009095A
Authority: JP
Inventors: 隆昭村田; 裕二沖田; 橋本　美智子; 美智子橋本; 貴恵久保; 竜太郎牧瀬
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2036-01-20
Also published as: JP2017128478A

Description

本発明の実施形態は、オゾン発生装置および電源装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an ozone generator and a power supply device.

一般にオゾン発生装置は、強力な酸化作用を持ちつつ残留性の少ないオゾンを生成する装置として知られており、環境に配慮しながら洗浄・殺菌・脱臭・脱色などの用途を求める分野（特に水処理の分野）で積極的に利用されている。 In general, ozone generators are known as devices that generate ozone with a strong oxidizing action and low persistence, and are fields that require applications such as cleaning, sterilization, deodorization, and decolorization while considering the environment (especially water treatment). Field).

このようなオゾン発生装置の基本的な構成としては、誘電体電極と金属電極との間に形成された放電ギャップに原料ガスを流入し、誘電体電極に電源を印加することで、原料ガス中での放電によりオゾンを発生させる仕組みである。 As a basic configuration of such an ozone generator, a raw material gas is introduced into a discharge gap formed between a dielectric electrode and a metal electrode, and a power source is applied to the dielectric electrode. It is a mechanism that generates ozone by discharge in the atmosphere.

特開平１０−１８２１０９号公報JP-A-10-182109 特開２０１３−１９３８９３号公報JP2013-193893A

ところで、オゾン発生装置は、誘電体電極は静電容量、放電ギャップは抵抗と考えることができる。よって、放電ギャップにばらつきが生じても、誘電体電極に印加する電圧を高くすれば、放電ギャップに流れる電流を一定に近づけることができる。具体的には、誘電体電極を分割した静電容量と考えると、誘電体電極に印加する電圧を上げることで、バラスト効果によって、放電ギャップに流れる電流を一定に近づけることができる。 By the way, in the ozone generator, it can be considered that the dielectric electrode is a capacitance and the discharge gap is a resistance. Therefore, even if the discharge gap varies, the current flowing through the discharge gap can be made nearly constant by increasing the voltage applied to the dielectric electrode. Specifically, when considering the capacitance obtained by dividing the dielectric electrode, by increasing the voltage applied to the dielectric electrode, the current flowing through the discharge gap can be made almost constant by the ballast effect.

また、オゾン発生装置では、誘電体電極の端部で異常放電が発生しないように、誘電体電極に印加する電圧が、放電ギャップの降伏電圧であるＶｏｐ：１１．０ｋＶになるように設計が行われている。この場合、誘電体電極に印加される実効的な電圧Ｖｒｍｓは、７．７８ｋＶとなる。しかし、当該実効的な電圧Ｖｒｍｓが７．０ｋＶより高い場合には、国内規定で特別高圧に分類されてしまい、絶縁のためのブッシング，ヒューズ，高圧トランス，コイル等を大型化しなければならないという制約が課される。 Also, the ozone generator is designed so that the voltage applied to the dielectric electrode is Vop: 11.0 kV, which is the breakdown voltage of the discharge gap, so that abnormal discharge does not occur at the end of the dielectric electrode. It has been broken. In this case, the effective voltage Vrms applied to the dielectric electrode is 7.78 kV. However, if the effective voltage Vrms is higher than 7.0 kV, it is classified as an extra high voltage according to domestic regulations, and the bushing, fuse, high voltage transformer, coil, etc. for insulation must be enlarged. Is imposed.

そこで、本発明の実施形態では、信頼性を維持しつつ小型化および低コスト化を実現するオゾン発生装置および電源装置の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the embodiment of the present invention is to provide an ozone generator and a power supply device that can achieve downsizing and cost reduction while maintaining reliability.

実施形態のオゾン発生装置は、金属電極と、誘電体電極と、電源装置と、を備える。誘電体電極は、金属電極との間に、ガス圧が０．１４〜０．２２ＭＰａの原料ガスが流入されかつ０．９ｍｍの放電ギャップを有する。電源装置は、商用電源として供給される交流電源を直流電源に変換するコンバータと、直流電源を、１．０〜３．４ｋＨｚの間となる所定周波数の交流電源に変換するインバータとを有し、所定周波数に変換した交流電源を、誘電体電極に印加して、原料ガス中で放電させ、当該放電によりオゾンを発生させる。 The ozone generator of the embodiment includes a metal electrode, a dielectric electrode, and a power supply device. The dielectric electrode has a discharge gap of 0.9 mm and a material gas having a gas pressure of 0.14 to 0.22 MPa flows between the metal electrode and the dielectric electrode. Power supply has a converter for converting an AC power supplied as a commercial power supply into DC power, an inverter for converting the DC power, the AC power source of a predetermined frequency is between 1.0 ~ 3.4 kHz Then, an AC power source converted to a predetermined frequency is applied to the dielectric electrode and discharged in the raw material gas, and ozone is generated by the discharge.

図１は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置の概略構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an ozone generator according to the first embodiment. 図２は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置が有する電源装置の回路構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a power supply device included in the ozone generator according to the first embodiment. 図３は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置において交流電源の周波数に対するオゾン発生効率および印加電圧の関係の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the relationship between the ozone generation efficiency and the applied voltage with respect to the frequency of the AC power supply in the ozone generator according to the first embodiment. 図４は、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置における交流電源の周波数に対するオゾン発生効率および印加電圧の関係の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the ozone generation efficiency and the applied voltage with respect to the frequency of the AC power supply in the ozone generator according to the second embodiment. 図５は、第３の実施形態にかかるオゾン発生装置における交流電源の周波数に対するオゾン発生効率および印加電圧の関係の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the relationship between the ozone generation efficiency and the applied voltage with respect to the frequency of the AC power supply in the ozone generator according to the third embodiment.

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかるオゾン発生装置および当該オゾン発生装置の電源装置について説明する。 Hereinafter, an ozone generator according to the present embodiment and a power supply device for the ozone generator will be described with reference to the accompanying drawings.

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置の概略構成の一例を示す図である。本実施形態にかかるオゾン発生装置１０は、誘電体バリア放電式のオゾン発生装置である。図１に示すように、オゾン発生装置１０は、オゾン発生装置本体１１と、ヒューズ１２を介してオゾン発生装置本体１１に電力を供給する電源装置（高圧交流電源）１３と、を有する。 (First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an ozone generator according to the first embodiment. The ozone generator 10 according to the present embodiment is a dielectric barrier discharge type ozone generator. As shown in FIG. 1, the ozone generator 10 includes an ozone generator main body 11 and a power supply device (high-voltage AC power supply) 13 that supplies power to the ozone generator main body 11 via a fuse 12.

オゾン発生装置本体１１は、気密容器１５を有する。気密容器１５は、原料ガスが導入されるガス入口１６と、未反応の原料ガスおよびオゾン（Ｏ_３）が排出されるガス出口１７と、を有する。気密容器１５内には、誘電体電極２１および金属電極２３が設けられ、誘電体電極２１と金属電極２３との間には、原料ガスが流入される放電ギャップ２２が形成されている。本実施形態では、気密容器１５内に導入される原料ガスは、酸素、または酸素と窒素の混合ガスである。また、原料ガスのガス圧は、０．１４〜０．２２ＭＰａの絶対圧である。 The ozone generator main body 11 has an airtight container 15. The hermetic container 15 has a gas inlet 16 into which a raw material gas is introduced, and a gas outlet 17 through which unreacted raw material gas and ozone (O ₃ ) are discharged. A dielectric electrode 21 and a metal electrode 23 are provided in the hermetic container 15, and a discharge gap 22 into which the source gas flows is formed between the dielectric electrode 21 and the metal electrode 23. In the present embodiment, the source gas introduced into the hermetic container 15 is oxygen or a mixed gas of oxygen and nitrogen. The gas pressure of the raw material gas is an absolute pressure of 0.14 to 0.22 MPa.

本実施形態では、金属電極２３には、ステンレス鋼製等の円筒状の電極を用いる。また、本実施形態では、金属電極２３は、誘電体電極２１との間に所定の放電ギャップ２２を形成するための複数の突起２３Ａを有する。本実施形態では、放電ギャップ２２の長さｄ（以下、ギャップ長と言う）は、０．３８ｍｍである。 In the present embodiment, a cylindrical electrode made of stainless steel or the like is used for the metal electrode 23. In the present embodiment, the metal electrode 23 has a plurality of protrusions 23 </ b> A for forming a predetermined discharge gap 22 between the metal electrode 23 and the dielectric electrode 21. In the present embodiment, the length d (hereinafter referred to as gap length) of the discharge gap 22 is 0.38 mm.

本実施形態では、誘電体電極２１は、金属電極２３と同軸の円筒状の電極であり、当該誘電体電極２１の外周面側に、放電ギャップ２２を介して金属電極２３が設けられている。具体的には、誘電体電極２１は、熱膨張係数が所定値より小さい素材で形成された円筒状の誘電体２１Ａ（以下、円筒状誘電体と言う）を有する。円筒状誘電体２１Ａは、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、高ケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、セラミックス等により形成される。円筒状誘電体２１Ａの内周面には、導電性の電極２１Ｂ（以下、導電性電極と言う）を有する。導電性電極２１Ｂは、ヒューズ１２を介して電源装置１３に接続された給電素子２１Ｃ（以下、高圧給電素子と言う）と接続されている。導電性電極２１Ｂは、例えば、金，銀，銅，ステンレス，クロム，錫，亜鉛，ニッケルカーボン，アルミニウム等を、スパッタリング，溶射，蒸着，無電解メッキ，電解メッキ，塗料塗布等の方法により形成される。 In the present embodiment, the dielectric electrode 21 is a cylindrical electrode coaxial with the metal electrode 23, and the metal electrode 23 is provided on the outer peripheral surface side of the dielectric electrode 21 via the discharge gap 22. Specifically, the dielectric electrode 21 includes a cylindrical dielectric 21A (hereinafter referred to as a cylindrical dielectric) formed of a material having a thermal expansion coefficient smaller than a predetermined value. The cylindrical dielectric 21A is formed of, for example, quartz glass, borosilicate glass, high silicate glass, aluminosilicate glass, ceramics, or the like. A conductive electrode 21B (hereinafter referred to as a conductive electrode) is provided on the inner peripheral surface of the cylindrical dielectric 21A. The conductive electrode 21 </ b> B is connected to a power feeding element 21 </ b> C (hereinafter referred to as a high voltage power feeding element) connected to the power supply device 13 via the fuse 12. The conductive electrode 21B is formed by, for example, gold, silver, copper, stainless steel, chromium, tin, zinc, nickel carbon, aluminum, or the like by a method such as sputtering, thermal spraying, vapor deposition, electroless plating, electrolytic plating, or paint coating. The

オゾン発生装置本体１１には、金属電極２３の誘電体電極２１が設けられた側とは反対側に、冷却水流路２６が設けられている。冷却水流路２６は、当該冷却水流路２６に冷却水を導入する冷却水入口２４と、当該冷却水流路２６を流れて高温となった冷却水が排出される冷却水出口２５とを有する。 The ozone generator main body 11 is provided with a cooling water passage 26 on the side opposite to the side where the dielectric electrode 21 of the metal electrode 23 is provided. The cooling water channel 26 includes a cooling water inlet 24 that introduces cooling water into the cooling water channel 26 and a cooling water outlet 25 through which the cooling water that has flowed through the cooling water channel 26 and has reached a high temperature is discharged.

上述のオゾン発生装置１０は、電源装置１３から誘電体電極２１（本実施形態では、導電性電極２１Ｂ）に電圧を印加して、放電ギャップ２２に流入される原料ガスで放電（これをバリア放電または無声放電と言うこともあるが、以下では誘電体バリア放電と言う）を発生させる。これにより、オゾン発生装置１０は、当該誘電体バリア放電によって、原料ガスからオゾンを生成する。誘電体バリア放電は、放電ギャップ２２に導入された原料ガスの温度を上昇させるが、冷却水流路２６に導入される冷却水によって冷却される。これにより、オゾン発生装置１０は、放電ギャップ２２に導入された原料ガスの温度の上昇を抑制しつつ、高濃度かつ高収率のオゾンを生成することができる。本実施形態では、オゾン発生装置１０で生成されたオゾンは、処理すべき水の脱臭や脱色や殺菌等の水処理に使用される。 The ozone generator 10 described above applies a voltage from the power supply device 13 to the dielectric electrode 21 (conductive electrode 21B in the present embodiment), and discharges the raw material gas flowing into the discharge gap 22 (this is a barrier discharge). Alternatively, it may be referred to as silent discharge, but hereinafter referred to as dielectric barrier discharge). Thereby, the ozone generator 10 produces | generates ozone from source gas by the said dielectric barrier discharge. The dielectric barrier discharge increases the temperature of the raw material gas introduced into the discharge gap 22, but is cooled by the cooling water introduced into the cooling water passage 26. Thereby, the ozone generator 10 can produce | generate ozone with a high concentration and a high yield, suppressing the raise of the temperature of the raw material gas introduce | transduced into the discharge gap 22. FIG. In the present embodiment, ozone generated by the ozone generator 10 is used for water treatment such as deodorization, decolorization, and sterilization of water to be treated.

図２は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置が有する電源装置の回路構成の一例を示す図である。図２に示すように、本実施形態では、電源装置１３は、商用電源２０１（本実施形態では、三相交流電源）から供給される商用電源周波数の交流電源を、直流電源に変換するコンバータ２０２と、当該コンバータ２０２により変換された直流電源を、所定周波数の交流電源に変換するインバータ２０３と、を有する。本実施形態では、所定周波数は、２．０〜４．５ｋＨｚの間の周波数である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a power supply device included in the ozone generator according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the power supply device 13 includes a converter 202 that converts a commercial power frequency AC power supplied from a commercial power source 201 (three-phase AC power in this embodiment) into a DC power source. And an inverter 203 that converts the DC power converted by the converter 202 into an AC power having a predetermined frequency. In the present embodiment, the predetermined frequency is a frequency between 2.0 and 4.5 kHz.

また、電源装置１３は、インバータ２０３により所定周波数に変換された交流電源を誘電体電極２１に印加する。本実施形態では、電源装置１３は、インバータ２０３により所定周波数に変換された交流電源を、トランス２０４を介して、誘電体電極２１に印加する。オゾン発生装置本体１１は、誘電体電極２１に印加された交流電源を、放電ギャップ２２に流入される原料ガス中で誘電体バリア放電させて、原料ガスからオゾンを生成する。オゾン発生装置本体１１の等価回路は、誘電体電極２１に相当する静電容量Ｃｇと、放電ギャップ２２に相当する静電容量Ｃｏとを直列接続した回路となる。 Further, the power supply device 13 applies the AC power converted to a predetermined frequency by the inverter 203 to the dielectric electrode 21. In the present embodiment, the power supply device 13 applies AC power converted to a predetermined frequency by the inverter 203 to the dielectric electrode 21 via the transformer 204. The ozone generator main body 11 generates ozone from the raw material gas by causing the AC power applied to the dielectric electrode 21 to perform a dielectric barrier discharge in the raw material gas flowing into the discharge gap 22. The equivalent circuit of the ozone generator main body 11 is a circuit in which a capacitance Cg corresponding to the dielectric electrode 21 and a capacitance Co corresponding to the discharge gap 22 are connected in series.

そして、オゾン発生装置本体１１は、放電ギャップ２２に印加される交流電源の電圧Ｖｏ（以下、放電ギャップ電圧と言う）が所定電圧Ｖｓ（以下、放電維持電圧と言う）を超えると、誘電体バリア放電を発生する。誘電体バリア放電は定電圧特性を有するため、放電が発生している間、放電ギャップ２２に印加される放電ギャップ電圧Ｖｏは、放電維持電圧Ｖｓに維持される。また、放電ギャップ２２は、放電ギャップ電圧Ｖｏが放電維持電圧Ｖｓを超えると、誘電体バリア放電を発生する特性を有する。よって、放電ギャップ２２の等価回路は、降伏電圧を有するツェナーダイオード２０５により表される。 When the voltage Vo (hereinafter referred to as the discharge gap voltage) of the AC power source applied to the discharge gap 22 exceeds the predetermined voltage Vs (hereinafter referred to as the discharge sustain voltage), the ozone generator main body 11 has a dielectric barrier. Discharge occurs. Since the dielectric barrier discharge has a constant voltage characteristic, the discharge gap voltage Vo applied to the discharge gap 22 is maintained at the discharge sustain voltage Vs while the discharge is occurring. Further, the discharge gap 22 has a characteristic of generating a dielectric barrier discharge when the discharge gap voltage Vo exceeds the discharge sustain voltage Vs. Therefore, an equivalent circuit of the discharge gap 22 is represented by a Zener diode 205 having a breakdown voltage.

このように、放電ギャップ２２が容量性負荷として機能するため、オゾン発生装置本体１１は、放電ギャップ２２における力率を「１」に近づけるために、当該放電ギャップ２２に対してコイル２０６を直列接続している。本実施形態では、オゾン発生装置本体１１は、放電ギャップ２２に対してコイル２０６を直列接続しているが、これに限定するものではなく、放電ギャップ２２に対してコイル２０６を並列接続しても良い。 Thus, since the discharge gap 22 functions as a capacitive load, the ozone generator main body 11 connects the coil 206 in series with the discharge gap 22 in order to bring the power factor in the discharge gap 22 close to “1”. doing. In the present embodiment, the ozone generator main body 11 has the coil 206 connected in series to the discharge gap 22, but the present invention is not limited to this, and the coil 206 may be connected in parallel to the discharge gap 22. good.

ところで、オゾン発生装置１０は、放電ギャップ２２を形成する誘電体電極２１と金属電極２３の製作精度若しくは組立精度のバラつきによって、放電ギャップ２２のギャップ長ｄが不均一である場合、放電維持電圧Ｖｓが変化してしまい、それに伴いオゾンの発生特性も変化する。そのため、オゾン発生装置１０は、放電ギャップ電圧Ｖｏを高くした方が、放電ギャップ２２に均一な放電が発生し易い。従来のオゾン発生装置では、誘電体電極２１の端部で異常な放電が発生しないように、放電ギャップ電圧Ｖｏの上限である電圧Ｖｏｐ（以下、印加電圧と言う）：１１．０ｋＶを、放電ギャップ２２に印加している。この場合に、誘電体電極２１に印加される実効的な電圧Ｖｒｍｓ（以下、実効電圧と言う）は、７．７８ｋＶとなることから、国内規定で特別電圧に分類されてしまい、絶縁のためのブッシング，ヒューズ，高圧トランス，コイル等を大型化しなければならないという制約が課される。 By the way, when the gap length d of the discharge gap 22 is non-uniform due to variations in the manufacturing accuracy or assembly accuracy of the dielectric electrode 21 and the metal electrode 23 that form the discharge gap 22, the ozone generating device 10 has a discharge sustaining voltage Vs. Changes, and the generation characteristics of ozone change accordingly. Therefore, the ozone generator 10 is more likely to generate a uniform discharge in the discharge gap 22 when the discharge gap voltage Vo is increased. In the conventional ozone generator, a voltage Vop (hereinafter referred to as an applied voltage) of 11.0 kV which is the upper limit of the discharge gap voltage Vo is set to 11.0 kV so that abnormal discharge does not occur at the end of the dielectric electrode 21. 22 is applied. In this case, since the effective voltage Vrms (hereinafter referred to as effective voltage) applied to the dielectric electrode 21 is 7.78 kV, it is classified as a special voltage according to domestic regulations, and is used for insulation. There is a restriction that bushings, fuses, high voltage transformers, coils, etc. must be enlarged.

そこで、本実施形態のオゾン発生装置１０は、気密容器１５内に導入する原料ガスのガス圧を０．１４〜０．２２ＭＰａとしかつギャップ長ｄを０．３８ｍｍとした場合に、２．０〜４．５ｋＨｚの間となる所定周波数の交流電源を放電ギャップ２２に印加して、誘電体バリア放電を発生させる。これにより、誘電体電極２１に印加される電圧を７．０ｋＶ以下に抑えつつ、オゾンの発生効率（以下、オゾン発生効率と言う）の減少を、所定の許容減少率内に収めることができるので、オゾン発生装置１０の信頼性を維持しつつ、オゾン発生装置１０の小型化および低コスト化を実現することができる。 Therefore, the ozone generator 10 of the present embodiment is 2.0 to 2.0 when the gas pressure of the raw material gas introduced into the hermetic container 15 is 0.14 to 0.22 MPa and the gap length d is 0.38 mm. An AC power source having a predetermined frequency between 4.5 kHz is applied to the discharge gap 22 to generate a dielectric barrier discharge. As a result, it is possible to keep the decrease in ozone generation efficiency (hereinafter referred to as ozone generation efficiency) within a predetermined allowable reduction rate while suppressing the voltage applied to the dielectric electrode 21 to 7.0 kV or less. In addition, it is possible to reduce the size and cost of the ozone generator 10 while maintaining the reliability of the ozone generator 10.

図３は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置において交流電源の周波数に対するオゾン発生効率および印加電圧の関係の一例を示す図である。図３において、一方の縦軸はオゾン発生効率（ｇ／ｋＷｈ）を表し、他方の縦軸は印加電圧Ｖｏｐ（Ｖ）を表し、横軸は誘電体電極に印加する交流電源の周波数（言い換えると、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数）を表す。また、図３に示すオゾン発生効率は、原料ガスのガス圧が０．１８ＭＰａであり、かつ放電ギャップ２２のギャップ長ｄが０．３８ｍｍの場合におけるオゾン発生装置１０におけるオゾン発生効率を示している。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the relationship between the ozone generation efficiency and the applied voltage with respect to the frequency of the AC power supply in the ozone generator according to the first embodiment. In FIG. 3, one vertical axis represents the ozone generation efficiency (g / kWh), the other vertical axis represents the applied voltage Vop (V), and the horizontal axis represents the frequency of the AC power supply applied to the dielectric electrode (in other words, , The frequency of the AC power supply output from the inverter 203). The ozone generation efficiency shown in FIG. 3 indicates the ozone generation efficiency in the ozone generator 10 when the gas pressure of the raw material gas is 0.18 MPa and the gap length d of the discharge gap 22 is 0.38 mm. .

図３に示すように、印加電圧Ｖｏｐは、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数が上がると、低下していく。ここで、印加電圧Ｖｏｐが９．９ｋＶである場合の実効電圧Ｖｒｍｓは７．０ｋＶとなる。すなわち、印加電圧Ｖｏｐと実効電圧Ｖｒｍｓは、Ｖｏｐ＝√２・Ｖｒｍｓの関係にある。よって、印加電圧Ｖｏｐを９．９ｋＶ以下にするためには、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数は、２．０ｋＨｚ以上にする必要がある。ただし、オゾン発生効率も、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数が高くなるに従って低下するため、オゾン発生効率の減少を所定の許容減少率（例えば、２％）内に収めるためには、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数を、４．５ｋＨｚ以下にする必要がある。 As shown in FIG. 3, the applied voltage Vop decreases as the frequency of the AC power source output from the inverter 203 increases. Here, the effective voltage Vrms when the applied voltage Vop is 9.9 kV is 7.0 kV. That is, the applied voltage Vop and the effective voltage Vrms have a relationship of Vop = √2 · Vrms. Therefore, in order to reduce the applied voltage Vop to 9.9 kV or less, the frequency of the AC power source output from the inverter 203 needs to be 2.0 kHz or more. However, since the ozone generation efficiency also decreases as the frequency of the AC power supply output from the inverter 203 increases, in order to keep the decrease in the ozone generation efficiency within a predetermined allowable reduction rate (for example, 2%), the inverter The frequency of the AC power source output from 203 needs to be 4.5 kHz or less.

以上の理由より、本実施形態にかかるオゾン発生装置１０は、原料ガスのガス圧を０．１８ＭＰａとしかつギャップ長ｄを０．３８ｍｍとした場合における、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数を２．０〜４．５ｋＨｚの間とする。これにより、誘電体電極２１に印加される実効電圧Ｖｒｍｓを７．０ｋＶ以下に抑えつつ、オゾン発生効率の減少を、所定の許容減少率内に収めることができるので、オゾン発生装置１０の信頼性を維持しつつ、オゾン発生装置１０の小型化および低コスト化を実現することができる。 For the above reason, the ozone generator 10 according to the present embodiment has the frequency of the AC power source output from the inverter 203 when the gas pressure of the source gas is 0.18 MPa and the gap length d is 0.38 mm. Between 2.0 and 4.5 kHz. As a result, it is possible to keep the decrease in ozone generation efficiency within a predetermined allowable reduction rate while suppressing the effective voltage Vrms applied to the dielectric electrode 21 to 7.0 kV or less. Thus, the ozone generator 10 can be reduced in size and cost.

このように、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置１０によれば、オゾン発生装置１０の信頼性を維持しつつ、オゾン発生装置１０の小型化および低コスト化を実現することができる。 Thus, according to the ozone generator 10 concerning 1st Embodiment, size reduction and cost reduction of the ozone generator 10 are realizable, maintaining the reliability of the ozone generator 10. FIG.

（第２の実施形態）
本実施形態は、原料ガスのガス圧を０．１４〜０．２２ＭＰａとしかつギャップ長を０．９ｍｍとした場合に、インバータから出力される交流電源の周波数を１．０〜３．４ｋＨｚの間とする例である。なお、第２の実施形態では図１で示したものとほぼ同じ装置構成であることから、以下の説明では、第１の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。 (Second Embodiment)
In the present embodiment, when the gas pressure of the raw material gas is 0.14 to 0.22 MPa and the gap length is 0.9 mm, the frequency of the AC power source output from the inverter is between 1.0 and 3.4 kHz. It is an example. In the second embodiment, since the apparatus configuration is almost the same as that shown in FIG. 1, in the following description, the description of the same parts as in the first embodiment is omitted.

本実施形態では、オゾン発生装置１０は、気密容器１５内に導入する原料ガスのガス圧を０．１４〜０．２２ＭＰａとしかつギャップ長ｄを０．９ｍｍとした場合に、１．０〜３．４ｋＨｚの間となる所定周波数の交流電源を放電ギャップ２２に印加して、誘電体バリア放電を発生させる。これにより、誘電体電極２１に印加される電圧を７．０ｋＶ以下に抑えつつ、オゾン発生効率の減少を、所定の許容減少率内に収めることができるので、オゾン発生装置１０の信頼性を維持しつつ、オゾン発生装置１０の小型化および低コスト化を実現することができる。 In the present embodiment, the ozone generator 10 is 1.0 to 3 when the gas pressure of the raw material gas introduced into the hermetic container 15 is 0.14 to 0.22 MPa and the gap length d is 0.9 mm. An AC power supply having a predetermined frequency of 4 kHz is applied to the discharge gap 22 to generate a dielectric barrier discharge. As a result, since the decrease in ozone generation efficiency can be kept within a predetermined allowable decrease rate while the voltage applied to the dielectric electrode 21 is suppressed to 7.0 kV or less, the reliability of the ozone generator 10 is maintained. However, the ozone generator 10 can be reduced in size and cost.

図４は、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置における交流電源の周波数に対するオゾン発生効率および印加電圧の関係の一例を示す図である。図４において、一方の縦軸はオゾン発生効率（ｇ／ｋＷｈ）を表し、他方の縦軸は印加電圧Ｖｏｐ（Ｖ）を表し、横軸は誘電体電極２１に印加する交流電源の周波数を表す。また、図４に示すオゾン発生効率は、原料ガスのガス圧が０．１８ＭＰａであり、かつ放電ギャップ２２のギャップ長ｄが０．９ｍｍである場合におけるオゾン発生装置１０のオゾン発生効率を示している。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the ozone generation efficiency and the applied voltage with respect to the frequency of the AC power supply in the ozone generator according to the second embodiment. In FIG. 4, one vertical axis represents ozone generation efficiency (g / kWh), the other vertical axis represents applied voltage Vop (V), and the horizontal axis represents the frequency of the AC power supply applied to the dielectric electrode 21. . Further, the ozone generation efficiency shown in FIG. 4 indicates the ozone generation efficiency of the ozone generator 10 when the gas pressure of the raw material gas is 0.18 MPa and the gap length d of the discharge gap 22 is 0.9 mm. Yes.

図４に示すように、印加電圧Ｖｏｐは、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数が上がると、低下していく。ここで、印加電圧Ｖｏｐが９．９ｋＶである場合の実効電圧Ｖｒｍｓは７．０ｋＶとなり、印加電圧Ｖｏｐと実効電圧Ｖｒｍｓは、Ｖｏｐ＝√２・Ｖｒｍｓの関係にある。よって、印加電圧Ｖｏｐを９．９ｋＶ以下にするためには、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数は、１．０ｋＨｚ以上にする必要がある。ただし、オゾン発生効率も、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数が高くなるに従って低下するため、オゾン発生効率の減少を所定の許容減少率（例えば、２％）内に収めるためには、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数を、３．４ｋＨｚ以下にする必要がある。 As shown in FIG. 4, the applied voltage Vop decreases as the frequency of the AC power source output from the inverter 203 increases. Here, when the applied voltage Vop is 9.9 kV, the effective voltage Vrms is 7.0 kV, and the applied voltage Vop and the effective voltage Vrms have a relationship of Vop = √2 · Vrms. Therefore, in order to reduce the applied voltage Vop to 9.9 kV or less, the frequency of the AC power source output from the inverter 203 needs to be 1.0 kHz or more. However, since the ozone generation efficiency also decreases as the frequency of the AC power supply output from the inverter 203 increases, in order to keep the decrease in the ozone generation efficiency within a predetermined allowable reduction rate (for example, 2%), the inverter The frequency of the AC power source output from 203 needs to be 3.4 kHz or less.

以上の理由により、本実施形態にかかるオゾン発生装置１０は、原料ガスのガス圧を０．１８ＭＰａとしかつギャップ長ｄを０．９ｍｍとした場合における、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数を１．０〜３．４ｋＨｚの間とする。これにより、誘電体電極２１に印加される電圧を７．０ｋＶ以下に抑えつつ、オゾンの発生効率の減少を、所定の許容減少率内に収めることができるので、オゾン発生装置１０の信頼性を維持しつつ、オゾン発生装置１０の小型化および低コスト化を実現することができる。 For the above reasons, the ozone generator 10 according to the present embodiment has the frequency of the AC power source output from the inverter 203 when the gas pressure of the source gas is 0.18 MPa and the gap length d is 0.9 mm. It is between 1.0 and 3.4 kHz. As a result, it is possible to keep the decrease in the ozone generation efficiency within a predetermined allowable decrease rate while suppressing the voltage applied to the dielectric electrode 21 to 7.0 kV or less. While maintaining, it is possible to reduce the size and cost of the ozone generator 10.

このように、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置１０によれば、オゾン発生装置１０の信頼性を維持しつつ、オゾン発生装置１０の小型化および低コスト化を実現することができる。 Thus, according to the ozone generator 10 concerning 2nd Embodiment, size reduction and cost reduction of the ozone generator 10 are realizable, maintaining the reliability of the ozone generator 10. FIG.

（第３の実施形態）
本実施形態は、原料ガスのガス圧を０．２２〜０．３ＭＰａとしかつギャップ長を０．３８ｍｍとした場合に、インバータから出力される交流電源の周波数を２．０〜５．０ｋＨｚの間とする例である。なお、第３の実施形態も第２の実施形態と同様に、図１に示したものとほぼ同じ装置構成であることから、以下の説明では、第１の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。 (Third embodiment)
In the present embodiment, when the gas pressure of the source gas is 0.22 to 0.3 MPa and the gap length is 0.38 mm, the frequency of the AC power source output from the inverter is between 2.0 and 5.0 kHz. It is an example. Since the third embodiment has almost the same apparatus configuration as that shown in FIG. 1 as in the second embodiment, the following description will be made on the same parts as in the first embodiment. Is omitted.

本実施形態では、オゾン発生装置１０は、気密容器１５内に導入する原料ガスのガス圧を０．２２〜０．３ＭＰａとしかつギャップ長ｄを０．３８ｍｍとした場合に、２．０〜５．０ｋＨｚの間となる所定周波数の交流電源を放電ギャップ２２に印加して、誘電体バリア放電を発生させる。これにより、誘電体電極２１に印加される電圧を７．０ｋＶ以下に抑えつつ、オゾン発生効率の減少を所定の許容減少率内に収めることができるので、オゾン発生装置１０の信頼性を維持しつつ、オゾン発生装置１０の小型化および低コスト化を実現することができる。 In the present embodiment, the ozone generator 10 has 2.0 to 5 when the gas pressure of the raw material gas introduced into the hermetic container 15 is 0.22 to 0.3 MPa and the gap length d is 0.38 mm. An AC power supply having a predetermined frequency between 0 kHz is applied to the discharge gap 22 to generate a dielectric barrier discharge. As a result, it is possible to keep the decrease in ozone generation efficiency within a predetermined allowable decrease rate while suppressing the voltage applied to the dielectric electrode 21 to 7.0 kV or less, so that the reliability of the ozone generator 10 is maintained. On the other hand, size reduction and cost reduction of the ozone generator 10 can be realized.

図５は、第３の実施形態にかかるオゾン発生装置における交流電源の周波数に対するオゾン発生効率および印加電圧の関係の一例を示す図である。図５において、一方の縦軸はオゾン発生効率（ｇ／ｋＷｈ）を表し、他方の縦軸は印加電圧Ｖｏｐ（Ｖ）を表し、横軸は誘電体電極２１に印加する交流電源の周波数を表す。また、図５に示すオゾン発生効率は、原料ガスのガス圧が０．２６ＭＰａであり、かつ放電ギャップ２２のギャップ長ｄが０．３８ｍｍである場合におけるオゾン発生装置１０のオゾン発生効率を示している。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the relationship between the ozone generation efficiency and the applied voltage with respect to the frequency of the AC power supply in the ozone generator according to the third embodiment. In FIG. 5, one vertical axis represents the ozone generation efficiency (g / kWh), the other vertical axis represents the applied voltage Vop (V), and the horizontal axis represents the frequency of the AC power supply applied to the dielectric electrode 21. . The ozone generation efficiency shown in FIG. 5 indicates the ozone generation efficiency of the ozone generator 10 when the gas pressure of the raw material gas is 0.26 MPa and the gap length d of the discharge gap 22 is 0.38 mm. Yes.

図５に示すように、印加電圧Ｖｏｐは、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数が上がると、低下していく。ここで、印加電圧Ｖｏｐが９．９ｋＶである場合の実効電圧Ｖｒｍｓは７．０ｋＶとなり、印加電圧Ｖｏｐと実効電圧Ｖｒｍｓは、Ｖｏｐ＝√２・Ｖｒｍｓの関係にある。よって、印加電圧Ｖｏｐを９．９ｋＶ以下にするためには、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数は、２．０ｋＨｚ以上にする必要がある。ただし、オゾン発生効率も、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数が高くなるに従って低下するため、オゾン発生効率の減少を所定の許容減少率（例えば、２％）内に収めるためには、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数を、５．０ｋＨｚ以下にする必要がある。 As shown in FIG. 5, the applied voltage Vop decreases as the frequency of the AC power source output from the inverter 203 increases. Here, when the applied voltage Vop is 9.9 kV, the effective voltage Vrms is 7.0 kV, and the applied voltage Vop and the effective voltage Vrms have a relationship of Vop = √2 · Vrms. Therefore, in order to reduce the applied voltage Vop to 9.9 kV or less, the frequency of the AC power source output from the inverter 203 needs to be 2.0 kHz or more. However, since the ozone generation efficiency also decreases as the frequency of the AC power supply output from the inverter 203 increases, in order to keep the decrease in the ozone generation efficiency within a predetermined allowable reduction rate (for example, 2%), the inverter The frequency of the AC power source output from 203 needs to be 5.0 kHz or less.

以上の理由により、本実施形態にかかるオゾン発生装置１０は、原料ガスのガス圧を０．２６ＭＰａとしかつギャップ長ｄを０．３８ｍｍとした場合における、インバータ２０３から出力される交流電源の周波数を２．０〜５．０ｋＨｚの間とする。これにより、誘電体電極２１に印加される電圧を７．０ｋＶ以下に抑えつつ、オゾンの発生効率の減少を、所定の許容減少率内に収めることができるので、オゾン発生装置１０の信頼性を維持しつつ、オゾン発生装置１０の小型化および低コスト化を実現することができる。 For the above reasons, the ozone generator 10 according to the present embodiment has the frequency of the AC power output from the inverter 203 when the gas pressure of the raw material gas is 0.26 MPa and the gap length d is 0.38 mm. Between 2.0 and 5.0 kHz. As a result, it is possible to keep the decrease in the ozone generation efficiency within a predetermined allowable decrease rate while suppressing the voltage applied to the dielectric electrode 21 to 7.0 kV or less. While maintaining, it is possible to reduce the size and cost of the ozone generator 10.

このように、第３の実施形態にかかるオゾン発生装置１０によれば、オゾン発生装置１０の信頼性を維持しつつ、オゾン発生装置１０の小型化および低コスト化を実現することができる。 Thus, according to the ozone generator 10 concerning 3rd Embodiment, size reduction and cost reduction of the ozone generator 10 are realizable, maintaining the reliability of the ozone generator 10. FIG.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１０オゾン発生装置
１１オゾン発生装置本体
１３電源装置
２１誘電体電極
２２放電ギャップ
２３金属電極
２０１商用電源
２０２コンバータ
２０３インバータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ozone generator 11 Ozone generator main body 13 Power supply device 21 Dielectric electrode 22 Discharge gap 23 Metal electrode 201 Commercial power supply 202 Converter 203 Inverter

Claims

金属電極と、
前記金属電極との間に、ガス圧が０．１４〜０．２２ＭＰａの原料ガスが流入されかつ０．９ｍｍの放電ギャップを有する誘電体電極と、
商用電源として供給される交流電源を直流電源に変換するコンバータと、前記直流電源を、１．０〜３．４ｋＨｚの間となる所定周波数の交流電源に変換するインバータとを有し、前記所定周波数に変換した前記交流電源を、前記誘電体電極に印加して、前記原料ガス中で放電させ、当該放電によりオゾンを発生させる電源装置と、
を備えたオゾン発生装置。 A metal electrode;
A dielectric electrode having a discharge gap of 0.9 mm in which a raw material gas having a gas pressure of 0.14 to 0.22 MPa is introduced between the metal electrode;
Has a converter for converting an AC power supplied as a commercial power supply into DC power, the DC power supply, an inverter that converts to an AC power supply of a predetermined frequency is between 1.0～3.4KHz, the predetermined frequency The AC power source converted into a power source device that is applied to the dielectric electrode, discharged in the source gas, and generates ozone by the discharge;
Ozone generator equipped with.

金属電極との間に、ガス圧が０．１４〜０．２２ＭＰａの原料ガスが流入されかつ０．９ｍｍの放電ギャップを有する誘電体電極に電源を印加する電源装置であって、
商用電源として供給される交流電源を直流電源に変換するコンバータと、
前記直流電源を、１．０〜３．４ｋＨｚの間となる所定周波数の交流電源に変換するインバータと、を備え、
前記所定周波数に変換した前記交流電源を、前記誘電体電極に印加して、前記原料ガス中で放電させ、当該放電によりオゾンを発生させる、電源装置。 A power supply device for applying a power supply to a dielectric electrode having a discharge gap of 0.9 mm, in which a raw material gas having a gas pressure of 0.14 to 0.22 MPa is introduced between the metal electrode,
A converter that converts AC power supplied as commercial power into DC power;
Said DC power supply comprises an inverter that converts to an AC power supply of a predetermined frequency is between 1.0～3.4KHz, a,
A power supply device that applies the AC power converted to the predetermined frequency to the dielectric electrode, discharges it in the source gas, and generates ozone by the discharge.