(57)【要約】【課題】構成を複雑にすることなく、オゾンの生成効率を向上することを実現したオゾン発生装置を提供することを目的とする。【解決手段】オゾン発生装置１の反応容器２の内部には第一電極５ａ〜５ｃと第二電極６とが間隔を空けて設けられており、これらの電極の間に放電領域７ａ〜７ｃがそれぞれ形成されている。各電極間に電圧が印加されると放電領域７ａ〜７ｃで放電が発生し、主供給路３を介して反応容器２の内部に供給される第一の原料ガスに含まれる酸素からオゾンが生成される。また、反応容器２の側部には副供給路９が接続されており、その分岐路１１ａ〜１１ｃからは、酸素を含む第二の原料ガスの少なくとも一部が放電領域７ａ〜７ｃの下流側に供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を空けて配置される第一電極及び第二電極と、
前記第一電極及び前記第二電極を内部に収容する反応容器と、
前記反応容器の一端側に接続され、酸素を含む第一の原料ガスを前記反応容器の内部に供給可能な主供給路と、
前記反応容器の他端側に接続される排出路と
を備え、
前記第一電極と前記第二電極との間に位置する放電領域に放電を発生させることにより、前記放電領域を流通する第一の原料ガスからオゾンを生成し、生成した前記オゾンを前記排出路から排出するオゾン発生装置において、
前記反応容器に接続され、酸素を含む第二の原料ガスを前記反応容器の内部に供給可能な副供給路をさらに備え、
前記副供給路は、前記第一の原料ガスが流通する方向における前記放電領域の下流側に前記第二の原料ガスの少なくとも一部を供給可能となるように、前記反応容器に接続されることを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
前記第一電極を複数備え、
複数の前記第一電極は、前記第一の原料ガスが流通する方向に沿って配置される請求項１に記載のオゾン発生装置。
【請求項３】
複数の前記副供給路を備える請求項１または２に記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
複数の前記副供給路は、複数の前記第一電極と前記第二電極との間に位置する複数の前記放電領域の下流側に前記第二の原料ガスの少なくとも一部をそれぞれ供給可能となるように、前記反応容器に接続される請求項３に記載のオゾン発生装置。
【請求項５】
前記反応容器の内部における前記オゾンの生成は、常圧下で行われる請求項１〜４のいずれか一項に記載のオゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はオゾン発生装置に係り、特に、電極間に放電を発生させてオゾンを生成するオゾン発生装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
間隔を空けて配置された電極間に放電を発生させ、電極間を流通する原料ガスからオゾンを生成するオゾン発生装置が公知である。電極間に放電が発生すると、原料ガスに含まれる酸素分子（Ｏ２）が解離して酸素原子（Ｏ）が生成される。生成された酸素原子と残留している酸素分子とが結合することによって、オゾン（Ｏ３）が生成される。したがって、この種のオゾン発生装置においてオゾンの生成量を増大させるためには、酸素原子の生成量を増大させることが必要となる。例えば特許文献１に記載のオゾン発生装置によれば、一対の電極間の隙間を狭めて電界強度を高めること、及び放電を発生させるために電極に印加される電圧の立ち上がりを急峻とすることによって酸素分子から酸素原子への解離を促進し、それにより、オゾンの生成量の増大を図っている。
【０００３】
ここで、非特許文献１には、酸素原子からオゾンへの変換効率を決定する条件の一つとして、オゾンが生成される反応空間における酸素分子と酸素原子との濃度比が挙げられている。放電直後の反応空間において、酸素原子と酸素分子とが結合してオゾンとなる反応と、酸素原子同士が結合して酸素分子となる反応とを比較すると、後者の方が速度の速い反応となる。したがって、酸素分子に対する酸素原子の濃度比が高くなると、酸素原子同士が結合して酸素分子となる反応の方が優勢となるため、酸素原子のオゾンへの変換効率が低下する。すなわち、特許文献１に記載のオゾン発生装置のように、酸素分子から酸素原子への解離を促進するだけでは、酸素原子の生成量が増大してその濃度比が高くなるにつれて、かえってオゾンの生成量が低下するという問題点が生じる。
【０００４】
また、特許文献２には、オゾンが生成される際の酸素原子を所定の濃度とするため、酸素分子を含む原料ガスに酸素原子を添加するように構成されたオゾン発生装置が記載されている。オゾン発生装置は、その中空の内部に延びる円筒状のノズルを備えており、ノズルから装置内に原料ガスが供給される。また、ノズルの周囲には、ノズルの外周面と電極とに区画された放電場が形成されており、この放電場にも原料ガスが供給される。放電場で放電を発生させることによって生成された酸素原子は、ノズルから供給される原料ガスに添加され、ノズルの下流側に設けられたスロート内に流入する。流入した酸素原子と原料ガス中の酸素分子とが結合することにより、オゾンが生成される。尚、特許文献２に記載のオゾン発生装置では、放電場で生成された酸素原子同士がスロートに達するまでの間に結合して酸素分子となることを防止するため、放電場の圧力を低圧に保っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５４２２３号公報
【特許文献２】特開平９−１６５２０６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】田畑則一、「オゾンの発生と生成効率」、プラズマ・核融合学会誌、第７４巻第１０号、１９９８年１０月、ｐｐ１１１９−１１２６、社団法人プラズマ・核融合学会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、特許文献１に記載のオゾン発生装置は、酸素分子に対する酸素原子の濃度が高くなるにつれて、オゾンの生成効率が低下するという問題点を有していた。また、特許文献２に記載のオゾン発生装置は、装置の内部にノズルやスロート等を設けることや、放電場を低圧に保つことを必要とするため、装置の構成が複雑になるという問題点を有していた。
【０００８】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、構成を複雑にすることなく、オゾンの生成効率を向上することを実現したオゾン発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るオゾン発生装置は、間隔を空けて配置される第一電極及び第二電極と、第一電極及び第二電極を内部に収容する反応容器と、反応容器の一端側に接続され、酸素を含む第一の原料ガスを反応容器の内部に供給可能な主供給路と、反応容器の他端側に接続される排出路とを備え、第一電極と第二電極との間に位置する放電領域に放電を発生させることにより、放電領域を流通する第一の原料ガスからオゾンを生成し、生成したオゾンを排出路から排出するオゾン発生装置において、反応容器に接続され、酸素を含む第二の原料ガスを反応容器の内部に供給可能な副供給路をさらに備え、副供給路は、第一の原料ガスが流通する方向における放電領域の下流側に第二の原料ガスの少なくとも一部を供給可能となるように、反応容器に接続されることを特徴とするものである。
【００１０】
第一電極と第二電極との間に位置する放電領域で放電が発生すると、放電領域を流通する第一の原料ガスに含まれる酸素分子から酸素原子が生成される。次いで、生成された酸素原子と残留している酸素分子とが結合することによってオゾンが生成される。放電領域で酸素原子が生成されることにより、放電領域の下流側、すなわちオゾンが生成される領域における酸素原子の量は増加するが、副供給路は、酸素を含む第二の原料ガスの少なくとも一部を放電領域の下流側に供給するため、オゾンが生成される際に酸素分子に対する酸素原子の濃度比が高くなることがない。また、酸素分子に対する酸素原子の濃度比を低くするという作用は、反応容器に副供給路を接続するだけで可能となる。したがって、オゾン発生装置において、構成を複雑にすることなく、オゾンの生成効率を向上することが可能となる。
【００１１】
第一電極を複数備え、複数の第一電極は、第一の原料ガスが流通する方向に沿って配置されてもよい。第一電極を複数とすることによって複数の放電領域が形成され、これらの放電領域のそれぞれでオゾンの生成が行われるため、オゾンの生成効率をより向上することが可能となる。
また、複数の副供給路を備えてもよく、複数の副供給路は、複数の第一電極と第二電極との間に位置する複数の放電領域の下流側に第二の原料ガスの少なくとも一部を供給可能となるように、反応容器に接続されてもよい。複数の放電領域におけるオゾン生成時において、それぞれの放電領域で酸素分子に対する酸素原子の濃度比が高まることがないため、オゾンの生成効率をさらに高めることが可能となる。
反応容器の内部におけるオゾンの生成は、常圧下で行われてもよい。オゾンを生成するために第一の原料ガスと第二の原料ガスとの間に圧力差を設ける必要がないため、装置の構成を簡素にすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、オゾン発生装置において、構造を複雑にすることなく、オゾンの生成効率を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係るオゾン発生装置の構成を示す断面側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩに沿った断面を含む平面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係るオゾン発生装置の構成を示す断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この実施の形態１に係るオゾン発生装置１の要部の断面を示す。尚、オゾン発生装置１における前後方向は図１の紙面左右方向とし、上下方向を、図１の紙面上下方向とする。オゾン発生装置１は、内部でオゾンの生成を行うための中空の反応容器２を備えており、反応容器２の前方側の端部には主供給路３の一端が接続されている。主供給路３の他端には図示しないポンプが接続されており、このポンプから吐出される第一の原料ガスが、主供給路３を介して反応容器２の内部に供給される。
【００１５】
反応容器２の内部に供給された第一の原料ガスは、矢印Ａで方向を示すように前方側から後方側に向かって流通する。また、反応容器２の後方側の端部には排出路４が接続されており、反応容器２の内部で生成されたオゾンを含むオゾン含有ガスが、排出路４を介して反応容器２の外部に排出される。尚、第一の原料ガスは酸素を含む流体であり、例えば空気や純酸素等が第一の原料ガスとして用いられる。
【００１６】
反応容器２の内部における上部壁面２ａには、同一の平板形状を有する三つの第一電極５ａ〜５ｃが固定されている。これらの第一電極５ａ〜５ｃは、前後方向に沿って、すなわち第一の原料ガスが反応容器２の内部を流通する方向（矢印Ａ参照）に沿って、互いに離間した状態で配置されている。一方、反応容器２の内部における下部壁面２ｂには平板形状を有する単一の第二電極６が固定されており、第一電極５ａ〜５ｃと第二電極６とが間隔を空けて配置された状態となっている。
【００１７】
第一電極５ａ〜５ｃの前後方向における長さは第二電極６の長さに対して短くなっており、各第一電極５ａ〜５ｃと第二電極６とがそれぞれ対向している。互いに対向する第一電極５ａと第二電極６との間には、これらの間に位置する空間である放電領域７ａが形成されている。同様に、第一電極５ｂと第二電極６との間、及び第一電極５ｃと第二電極６との間にも、放電領域７ｂ及び放電領域７ｃがそれぞれ形成されている。すなわち、主供給路３から反応容器２の内部に供給された第一の原料ガスは、放電領域７ａ〜７ｃを順次流通する。
【００１８】
第一電極５ａ〜５ｃと第二電極６とは、反応容器２の外部に設けられた交流電源８に接続されている。交流電源８が第一電極５ａと第二電極６との間、第一電極５ｂと第二電極６との間、及び第一電極５ｃと第二電極６との間にそれぞれ高電圧を印加することにより、放電領域７ａ〜７ｃにそれぞれ放電が発生する。
【００１９】
また、図２に示すように、オゾン発生装置１は、反応容器２の側部に接続された副供給路９を備えており、この副供給路９を介して、第二の原料ガスを反応容器２の内部に供給可能となっている。副供給路９は、反応容器２の側部に沿って延びる供給路本体１０と、供給路本体１０から分岐した三つの分岐路１１ａ〜１１ｃとから構成されており、これらの分岐路１１ａ〜１１ｃが反応容器２の側部にそれぞれ接続されている。ここで、第二の原料ガスは第一の原料ガスと同様に酸素を含む流体であり、副供給路９は、第一の原料ガスを吐出する図示しないポンプに接続されている。すなわち、オゾン発生装置１は、第一の原料ガス及び第二の原料ガスとして、共通の流体を用いるものである。
【００２０】
図１、２に示されるように、放電領域７ａと分岐路１１ａとを平面的に見ると、分岐路１１ａは、その開口部１２ａの一部が放電領域７ａと重なり、且つ残りの一部が放電領域７ａの下流側に配置されるように反応容器２に接続されている。したがって、図２の矢印Ｂで示すように、分岐路１１ａは、第二の原料ガスの少なくとも一部を、第一の原料ガスが流通する方向における放電領域７ａの下流側に供給可能となるように反応容器２に接続されている。つまり、分岐路１１ａから供給される第二の原料ガスの残りは放電領域７ａに供給されることになる。同様に、分岐路１１ｂ及び分岐路１１ｃは、その開口部１２ｂ、１２ｃの一部が放電領域７ｂ、７ｃの下流側に配置されるように反応容器２に接続されており、第二の原料ガスの少なくとも一部を放電領域７ｂ及び放電領域７ｃの下流側にそれぞれ供給可能となるように反応容器２に接続されている。
【００２１】
次に、この発明の実施の形態１に係るオゾン発生装置の動作について説明する。
図１に示すように、オゾン発生装置１の運転が開始されると、図示しないポンプから吐出された第一の原料ガスが主供給路３を介して反応容器２の内部に供給される。反応容器２の内部に供給された第一の原料ガスは、矢印Ａで示されるように、放電領域７ａ側から放電領域７ｃ側に向かって流通する。また、反応容器２の内部への第一の原料ガスの供給が開始されると、交流電源８は第一電極５ａ〜５ｃと第二電極６との間への高電圧の印加を開始する。さらに、副供給路９の分岐路１１ａ〜１１ｃからは、反応容器２の内部への第二の原料ガスの供給が開始される。尚、図示しないポンプによって加圧された第一の原料ガス及び第二の原料ガスは、反応容器２の内部に供給される際に、ほぼ常圧となるまで膨張される。
【００２２】
まず、最も上流側にある放電領域７ａにおけるオゾンの生成について説明する。交流電源８による高電圧の印加が開始されると放電領域７ａに放電が発生し、放電領域７ａを流通する第一の原料ガス中の酸素分子が解離されて酸素原子が生成される。放電によって酸素原子が生成されることにより、放電領域７ａから下流側の放電領域７ｂに向かって流通する第一の原料ガスに含まれる酸素原子の量は増加する。酸素原子は、その生成直後から放電領域７ｂに向かって流通するうちに、第一の原料ガス中に残留している酸素分子、または副供給路９の分岐路１１ａから供給される第二の原料ガスに含まれる酸素分子と結合してオゾンとなる。
【００２３】
ここで、副供給路９の分岐路１１ａからの第二の原料ガスは、その少なくとも一部が放電領域７ａの下流側、すなわち放電領域７ａで生成された酸素原子からオゾンが生成される領域に供給される。したがって、放電領域７ａでの酸素原子の生成に伴って第一の原料ガスに含まれる酸素原子の量が増加したとしても、第二の原料ガスに酸素分子が含まれているため、オゾンの生成時において酸素分子に対する酸素原子の濃度比が高くなることがない。すなわち、酸素分子に対する酸素原子の濃度比が高くなることに起因してオゾンの生成が妨げられることがなく、効率よくオゾンを生成することが可能となっている。
【００２４】
次いで、放電領域７ａ及びその下流側で生成されたオゾンを含むオゾン含有ガスは、第一電極５ｂと第二電極６との間に位置する放電領域７ｂを流通する。また、放電領域７ｂには、交流電源８が第一電極５ｂと第二電極６との間に高電圧を印加することによって放電が発生する。ここで、放電領域７ａから放電領域７ｂに流れてきたオゾン含有ガスには、第一の原料ガス中に残留している酸素分子と、分岐路１１ａから供給された第二の原料ガス中に残留している酸素分子とが含まれており、これらの酸素分子が放電領域７ｂで発生した放電によって解離され、酸素原子が生成される。
【００２５】
放電領域７ｂで生成された酸素原子は、その生成直後から下流側の放電領域７ｃに向かって流通するうちに、オゾン含有ガス中に残留している酸素分子、または副供給路９の分岐路１１ｂから供給される第二の原料ガスに含まれる酸素分子と結合してオゾンとなる。ここで、副供給路９の分岐路１１ｂからの第二の原料ガスは、その少なくとも一部が放電領域７ｂの下流側、すなわち放電領域７ｂで生成された酸素原子からオゾンが生成される領域に供給されるため、放電領域７ａにおけるオゾンの生成時と同様に、酸素分子に対する酸素原子の濃度比が高くなることがなく、効率よくオゾンの生成を行うことが可能となっている。
【００２６】
また、放電領域７ｂにおける酸素原子の生成には、第一の原料ガス中に残留している酸素分子の他に、副供給路９の分岐路１１ａから供給される第二の原料ガスに含まれる酸素分子も用いられる。すなわち、副供給路を備えていないオゾン発生装置と比較すると、オゾン発生装置１は、オゾンの元となる酸素分子をより多く反応容器２の内部に供給することが可能となっており、オゾン含有ガスのオゾン濃度を効率よく高めることが可能となっている。
【００２７】
次いで、放電領域７ａ及び放電領域７ｂで生成されたオゾンを含むオゾン含有ガスは、下流側の放電領域７ｃを流通し、放電領域７ｃで発生する放電による酸素原子の生成及びオゾンの生成が順次行われる。放電領域７ａ及び放電領域７ｂにおけるオゾンの生成時と同様に、副供給路９の分岐路１１ｃからの第二の原料ガスは、その少なくとも一部が放電領域７ｃの下流側に供給されるため、酸素分子に対する酸素原子の濃度比が高くなることがなく、効率よくオゾンの生成を行うことが可能となっている。また、副供給路９の分岐路１１ａ及び分岐路１１ｂから供給される第二の原料ガスに含まれる酸素分子を用いてオゾンを生成できるため、オゾン含有ガスの濃度をより高くすることができる。このように生成されたオゾン含有ガスは、排出路４を介して反応容器２の内部に排出される。
【００２８】
以上のように、オゾン発生装置１の反応容器２に副供給路９を接続し、第二の原料ガスの少なくとも一部を放電領域７ａ〜７ｃの下流側にそれぞれ供給可能としたので、各放電領域７ａ〜７ｃで酸素原子の量が増加したとしても、オゾンが生成される際に酸素分子に対する酸素原子の濃度比が高くなることがない。また、酸素分子に対する酸素原子の濃度比を低くするという作用は、反応容器２に副供給路９を接続するだけで可能となる。したがって、オゾン発生装置１において、構成を複雑にすることなく、オゾンの生成効率を向上することが可能となる。
【００２９】
また、複数の第一電極５ａ〜５ｃを第一の原料ガスが流通する方向に沿って配置したので、複数の放電領域７ａ〜７ｃのそれぞれでオゾンの生成が行われ、オゾンの生成効率をより向上することが可能となる。
さらに、副供給路９の分岐路１１ａ〜１１ｃを、放電領域７ａ〜７ｃの下流側に第二の原料ガスの少なくとも一部を供給可能となるように反応容器２に接続したので、放電領域７ａ〜７ｃにおけるオゾン生成時において、酸素分子に対する酸素原子の濃度比が高まることがなく、オゾンの生成効率をさらに高めることが可能となる。
また、反応容器２の内部におけるオゾンの生成は常圧下で行われるため、オゾンを生成するために第一の原料ガスと第二の原料ガスとの間に圧力差を設けることを必要とせず、したがって、装置の構成を簡素にすることができる。
【００３０】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るオゾン発生装置について説明する。
この実施の形態２に係るオゾン発生装置は、実施の形態１に係るオゾン発生装置１が複数の第一電極を備えていたのに対し、単一の第一電極を備える構成としたものである。尚、この実施の形態２において図１、２における参照符号と同一の符号は同一または同様の構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
図３に示すように、オゾン発生装置２１の反応容器２２の内部には、単一の第一電極２５と単一の第二電極２６とが間隔を空けて配置されており、これらの間に放電領域２７が形成されている。また、反応容器２２の側部には、反応容器２２の内部に第二の原料ガスを供給する副供給路２９が接続されている。放電領域２７と副供給路２９とを平面的に見ると、副供給路２９は、その開口部２９ａの一部が放電領域２７と重なり、且つ残りの一部が放電領域２７の下流側に配置されるように反応容器２２に接続されている。したがって、副供給路２９は、第二の原料ガスの少なくとも一部を、第一の原料ガスが流通する方向における放電領域２７の下流側に供給可能となるように反応容器２２に接続されている。その他の構成については、実施の形態１と同様である。
このように、オゾン発生装置の反応容器の内部に単一の第一電極をと単一の第二電極とを設ける構成としても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
実施の形態１、２において、放電領域と副供給路とを平面的に見ると、副供給路は、その開口部の一部が放電領域と重なり、且つ残りの一部が放電領域の下流側に配置されるように反応容器に接続されたが、副供給路の接続位置を限定するものではない。反応容器に対する副供給路の接続位置は、オゾンが生成される際に第二の原料ガスを供給可能な位置であればよく、副供給路が完全に放電領域の下流側にずれた状態で接続されるように構成することも可能である。尚、反応容器に対する副供給路の接続位置は、主供給路を介して反応容器の内部に供給される第一の原料ガスの流速や、放電領域で生成された酸素原子の寿命、すなわち生成された酸素原子同士が結合して酸素分子に戻るまでの距離等に基づいて適宜決定されるものである。
【００３３】
また、図２を参照すると、実施の形態１における副供給路は、第一の原料ガスが流通する方向に対して直角となる方向に第二の原料ガスを供給するように構成されているが、反応容器に対する副供給路の接続角度を限定するものではない。副供給路は、第二の原料ガスの少なくとも一部を放電領域の下流側に供給可能であればよく、例えば、副供給路を反応容器に対して斜めに接続するように構成することも可能である。
【００３４】
実施の形態１において、三つの第一電極は同一の交流電源に接続されたが、複数の第一電極に互いに異なる周波数の交流電源をそれぞれ接続し、周波数の差異に応じてオゾンの生成量の調整を行うことも可能である。また、副供給路の三つの分岐路において、これらの通路断面積を変更することによって各放電領域への第二の原料ガスの供給量を互いに異なるものとし、各放電領域におけるオゾンの生成量を調整することも可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１，２１  オゾン発生装置、２，２２  反応容器、３  主供給路、４  排出路、５ａ，５ｂ，５ｃ，２５  第一電極、６，２６  第二電極、７ａ，７ｂ，７ｃ，２７  放電領域、９，２９  副供給路。
【図１】
2012101968.tif 000003
【図２】
2012101968.tif 000004
【図３】
2012101968.tif 000005