JP3844890B2

JP3844890B2 - オゾン発生装置

Info

Publication number: JP3844890B2
Application number: JP23890298A
Authority: JP
Inventors: 田隆昭村; 林伸次小; 梨伊知郎山; 田裕二沖
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba IT and Control Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba IT and Control Systems Corp
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: JP2000072410A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沿面放電により酸素、空気等のガスからオゾンを発生させるオゾン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から上下水道の殺菌・消臭・脱色、工業排水処理の脱臭・脱色、パルプ脱色、および医療機器の殺菌を行うためオゾンが用いられる。このようなオゾンを生じさせるオゾン発生装置としては、誘電体表面に設けられた複数の電極を有し、この複数の電極間で無声放電を生じさせてオゾン原料ガスからオゾンを生成する沿面放電オゾン発生装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のオゾン発生装置は、上述のように複数の電極間で無声放電を生じさせてオゾン生成するものである。特に高濃度オゾンの発生には大型で電極内の間隔を小さくしたオゾン発生装置が望まれていていたが、大面積の電極を用いて均一に電極間の間隔を小さくすることは困難である。
【０００４】
また、沿面放電オゾン発生装置では誘電体表面にある電極が放電によりスパッタして劣化するため、寿命の点でも問題がある。
【０００５】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、高濃度で大容量、かつ長寿命で安定性の高いオゾン発生装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、誘電体板と、誘電体板の一面に設けられた一対の電極と、誘電体板の一面に一対の電極を覆って設けられた誘電体層と、を備え、一対の電極は各々線状部材からなり、一方の電極の線状部材と他方の電極の線状部材は交互に一定間隔で配置され、誘電体板の厚さは線状部材間の間隔より大きいことを特徴とするオゾン発生装置である。
本発明は、誘電体板と、誘電体板の一面に設けられた一対の電極と、誘電体板の一面に一対の電極を覆って設けられた誘電体層と、を備え、一対の電極は各々線状部材からなり、一方の電極の線状部材と他方の電極の線状部材は交互に配置されるとともに、隣り合う一方の電極と他方の電極間は一定間隔となっており、一方の電極の線状部材と他方の電極の線状部材は、いずれも２００μｍ以下の幅を有していることを特徴とするオゾン発生装置である。
【０００７】
本発明によれば、一対の電極がともに誘電体層により被覆されているので、一対の電極にスパッタ劣化を生じさせることはない。
【０００８】
【発明の実施の態様】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図４は本発明によるオゾン発生装置の一実施の形態を示す図である。
【０００９】
図１および図２において、オゾン発生装置はガラスからなる矩形状の誘電体板１と、この誘電体板１の表面（一面）に設けられ銀ペースト等の導電材料をスクリーン印刷等により作製された対をなす一方の電極２および他方の電極３と、誘電体板１の表面に一対の電極２，３を被覆するよう設けられた誘電体層４とを備えている。このうち一対の電極２，３は、各々複数の線状部材２ａ，３ａからなっている。
【００１０】
また、誘電体板１の裏面（他面）側には、冷却水５が通る冷却管５ａを有する金属製ヒートシンク（冷却板）６が誘電体板１と密着して設置されている。さらに一対の電極２，３には、電極２，３と同一材料により同一方法で誘電体板１上に設けられた配線７が接続されている。配線７の一部は、誘電体板１の外方に突出し、誘電体層４により被覆されていない配線取出部８を形成している。この配線取出部８には、一端が交流電源９に接続されたリード線１０の他端が、ばね式圧着器１１により接続されている。
【００１１】
また誘電体板１表面の電極２，３の外周には、パッキン１２が配置され、このパッキン１２上にガスガイド板１３が載置されて誘電体板１とガスガイド１３との間にガス空間１ａが形成されている。さらにガスガイド１３には、外部から原料ガス１４をガス空間１ａ内に導入するガス入口１５と、ガス空間１ａからオゾン１６を取り出すガス出口１７が設けられている。
【００１２】
図１および図２に示すように、電極２，３に交流電源９から高電圧を印加することにより、誘電体層４表面に沿面放電１８を生じさせることができ、この沿面放電１８によってオゾン原料ガスからオゾンが生成する。
【００１３】
一対の電極２，３を構成する線状部材２ａ，３ａは通常５０乃至１００μｍの間隔ｄで配置されており、各線状部材２ａ，３ａは各々幅Ｗを有している。この場合、交流電源９から高電圧を一対の電極２，３に印加すると、誘電体層４の表面に高電界が発生して線状部材２ａ，３ａ間で沿面放電１８が発生するようになっている（図２）。
【００１４】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００１５】
まず、ガス入口１５から原料ガス１４がガス空間１ａ内に導入され、また一対の電極２，３間に交流電源９により高電圧が印加される。この場合、誘電体層４の表面に高電界が発生して線状部材２ａ，３ａ間で沿面放電１８が発生するが、一対の電極２，３が誘電体層４により被覆されているので、沿面放電１８による一対の電極２，３のスパッタ劣化がなく安定した動作が可能になる。
【００１６】
沿面放電１８中では、（１）式のように放電で発生した電子ｅが酸素分子Ｏ２を解離して原子酸素Ｏが発生する。その後、（２）式のように原子酸素Ｏは他の酸素分子Ｏ_２と結合し、オゾンＯ_３が生成する。
ｅ＋Ｏ_２ → ｅ＋Ｏ＋Ｏ（１）
Ｏ＋Ｏ_２＋Ｏ_２ → Ｏ_３＋Ｏ_２ ^＊（２）
（２）式のＯ_２ ^＊はＯ＋Ｏ_２がＯ_３に結合した際の余剰のエネルギーをさらに他のＯ_２分子が得たものである。
【００１７】
また、沿面放電１８中では、（３）（４）式に示すように、オゾンＯ_３から酸素分子Ｏ_２への逆反応も生じる。
ｅ＋Ｏ_３ → ｅ＋Ｏ＋Ｏ_２（３）
Ｏ＋Ｏ_３ →Ｏ_２＋Ｏ_２（４）
このようにしてガス空間１ａ内で発生したオゾン１６はガス出口１７から流出する。
【００１８】
高濃度オゾン発生のためには、電子ｅのエネルギーは高いほうが望ましく、電子ｅのエネルギーは電極構造、電極寸法により制御することができる。一対の電極２，３の線状部材２ａ，３ａの幅Ｗを２００μｍ以下に設定することにより、高濃度オゾンを発生させることができ、特に電極幅Ｗは１００μｍ以下にすることが望ましい。
【００１９】
また、沿面放電１８は交流電源９により発生するため、誘電体板１の裏面に電界が発生し、誘電体板１とヒートシンク６との間でも異常放電が発生する恐れがある。これを絶縁するために、誘電体板１の厚さＴを一対の電極２，３の線状部材２ａ，３ａの間隔ｄより大きくすることで、誘電体板裏面での電界発生を抑え、この異常放電を防ぐことができる。
【００２０】
ところで、沿面放電１８は上述のように誘電体層４の表面に発生するが、沿面放電１８により発生する熱を効率良く除去するためには、誘電体板１を冷却することが、最も効率がよい冷却方法である。本実施の形態では、図１および図２に示すように、誘電体板１の背面にあるヒートシンク６を冷却水５により冷却することにより、誘電体板１をヒートシンク６により確実に冷却することができる。この場合、誘電体板１はヒートシンク６の上に設置されているため、たとえ誘電体板１が破損しても冷却水５はヒートシンク６内の冷却管５ａ内を流れるため、冷却の媒体である冷却水５等が漏れ出す心配がなく、高い信頼性が得られる。したがって、冷却水５による冷却効率を高め、沿面放電１８内でのガス温度を低く抑えることができる。このためオゾンの熱分解を防止することにより、高濃度のオゾンを発生させることができる。
【００２１】
また、誘電体板１の一辺が６０ｃｍの場合、各電極２，３の線状部材２ａ，３ａは各々１０００本程度設けられている。さらに電極２，３に接続された配線７を電極２，３と同一材料から同一方法で誘電体板１上に設置することにより、配線７を用いて安定した電圧供給が可能になる。また一対の電極２，３を誘電体層４で被覆することにより電極２，３の絶縁も容易となる。また配線７の一部を誘電体板１の外周方向に突出し、誘電体層４により被覆されていない配線取出部８を形成し、配線取出部８に交流電源９に接続されたリード線１０をばね式圧着器１１によって接続することにより、一対の電極２，３への電圧供給を容易に行なうことができ、容易に信頼性が向上する。
【００２２】
次に図３により、本発明の変形例について説明する。図３に示す変形例は一対の電極２，３の線状部材２ａ，３ａをすべて等間隔ではなく、間隔ｄとこれより大きい間隔ｉにより配置したものであり、他は図１および図２に示す実施の形態と略同一である。図３において、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２３】
図３において、誘電体板１の厚さＴを小さい方の間隔ｄより大きくすることにより、前述の異常放電を防止できる。
【００２４】
図４により本発明の他の変形例について説明する。図４において、ガラスからなる誘電体板１の表面に銀ペースト等の導電材料をスクリーン印刷等により製作された一方の電極２が設けられ、一方の電極２上に中間誘電体層２０を介して層状に配置された他方の電極３が設けられている。さらに他方の電極３の上に誘電体層４が被覆されている。他は図１に示すオゾン発生装置と略同一である。図４において、図１および図２に示す実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２５】
図４において一方の電極２と線状部材２ａと他方の電極３の線状部材３ａとの間に交流電源９から高電圧を印加すると、誘電体層４の表面に高電界が発生して沿面放電が起こる。一方の電極２と、他方の電極３はともに誘電体層４により被覆されているので、一方の電極２と他方の電極３の放電によるスパッタ劣化がなく、長寿命と高い信頼性を得られる。
【００２６】
また、図４において、誘電体板１側の一方の電極２とアース電位または低電位として用いることにより、配線不良を防止することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大面積の電極をスクリーン印刷等の高精度の製作方法により均一に形成することにより、大容量の沿面放電を行なうことができる。このことにより高濃度、かつ高効率オゾン発生が可能となる。さらに、誘電体層で被覆することにより、スパッタ劣化に起因する電極寿命の低下を防止することができ、信頼性の高いオゾン発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による沿面放電オゾン発生装置の一実施の形態を示す図。
【図２】電極の構成を説明する図。
【図３】本発明によるオゾン発生装置の変形例を示す図。
【図４】本発明によるオゾン発生装置の他の変形例を示す図。
【符号の説明】
１誘電体板
２，３電極
２ａ，３ａ線状部材
４誘電体層
６ヒートシンク
９交流電源
１３ガスガイド
１８沿面放電

Claims

誘電体板と、
誘電体板の一面に設けられた一対の電極と、
誘電体板の一面に一対の電極を覆って設けられた誘電体層と、を備え、
一対の電極は各々線状部材からなり、一方の電極の線状部材と他方の電極の線状部材は交互に一定間隔で配置され、
誘電体板の厚さは線状部材間の間隔より大きいことを特徴とするオゾン発生装置。
誘電体板と、
誘電体板の一面に設けられた一対の電極と、
誘電体板の一面に一対の電極を覆って設けられた誘電体層と、を備え、
一対の電極は各々線状部材からなり、一方の電極の線状部材と他方の電極の線状部材は交互に配置されるとともに、隣り合う一方の電極と他方の電極間は一定間隔となっており、
一方の電極の線状部材と他方の電極の線状部材は、いずれも２００μｍ以下の幅を有していることを特徴とするオゾン発生装置。