静電気学会誌，37, 1（2013）2-7
静電気学会誌，37, 1 (2013) 00-00

J. Inst. Electrostat. Jpn.

論 論

文文

ナノ秒パルス放電方式オゾン発生におけるマルチワイヤ電極の特性澁田哲*, 王斗艶**, 浪平隆男***,1, 秋山秀典*(2012 年 9 月 13 日受付；2012 年 10 月 26 日受理)

Influence of Multiple Wire Electrode by Nano-seconds Pulsed Discharges
Satoshi SHIBUTA,* Douyan WANG,** Takao NAMIHIRA,*** ,1 and Hidenori AKIYAMA*(Received September 13, 2012; Accepted October 26, 2012)

At present, dielectric barrier discharge is the main method for ozone generation; however, as most of theenergy is lost as heat, its low energy efficiency has been a problem. In recent years, our research group has
demonstrated that the generation of ozone by non-thermal plasma produced using nano-second(ns) pulsed
discharge using short pulses of 5 ns has extremely higher energy efficiency. A present problem, though, isthat maximum ozone concentration using the nano-second pulsed discharge becomes saturated at
approximately 40 g/m3.In this work, we investigated ozone generation characteristics by employing a
multiple wires electrodes. Additionally, we also investigated the influence on the direction of the multiple
wire electrodes discharge. Our results indicate that ozone concentration rose with increase in input energy
density. Furthermore, it will be observed that multiple wire electrode have positive effects on impedance
matching. However, maximum ozone concentration of multiple wire electrodes was lower than single wire
electrode.
1.

利用され始めている．

はじめに

オゾンは自然界でフッ素に次ぐ強い酸化力を持ち，その強多くの分野において応用が期待されるオゾンではあるが，力な酸化力によって優れた殺菌力や分解浄化能力，脱臭力，オゾンはそれ自身が持つ分解特性のため長期保存が難しく必脱色力を持つ．現在，フランスにおいては国内だけで 700 ヵ

要な量をその場で生成する必要がある．オゾン発生法として所の浄水場でオゾンによる処理が行われている．また，近年は紫外線照射法や放電法，電気分解法など様々な方法が考案

では，水道水の塩素処理により発生するトリハロメタンが高されているが，現在の主なオゾン生成手法は放電法であり，い発ガン性をもつことが分かり，アメリカをはじめ世界各地

その中でも誘電体バリア放電を用いたオゾナイザが複数のメで浄水処理にオゾンの利用が奨励され始めている．この他，ーカより販売されている．しかし，運転維持コストがかさむ養殖産業における飼育水の浄水や水槽の殺菌，食品工場におため，爆発的な普及までには至っていない．

ける室内および器具の殺菌や洗浄，医療分野における，消毒

そこで，近年，誘電体を必要とせず，電子のみを加速できや血液療法などに利用されており，近年では半導体分野にもるパルス放電によるオゾン生成が注目を集めている．そのなかでも，ストリーマ放電のみで構成されるパルス放電（ナノキーワード：パスル，オゾン，マルチワイヤ，ナノ秒，放電* 熊本大学大学院自然科学研究科（860－8555 熊本市中央区黒髪 2－39－1）
Graduate School of Science and Technology, Kumamoto University, 2-39-1, Kurokami, Chuo-ku, Kumamoto 860-8555, Japan**熊本大学大学院先導機構（860－8555 熊本市中央区黒髪 2－39
－1）
Priority organization for Innovation and Excellence, Kumamoto
University, 2-39-1, Kurokami, Chuo-ku, Kumamoto 860-8555,
Japan***熊本大学バイオエレクトリクス研究センター（860－8555 熊
本県熊本市中央区黒髪 2－39－1）
Bioelectrics Research Center, Kumamoto University, 2-39-1, Ku
rokami, Chuo-ku, Kumamoto 860-8555, Japan
1 namihira@cs.kumamoto-u.ac.jp- 1 -秒パルス放電）1-4)を用いたオゾン生成は非常にエネルギー効率が高いということが報告されている．図 1 に，酸素を原料とした各種放電法によるオゾン生成特性を示す 5-15)．図１においては，右上に位置するほど性能の優れたオゾナイザということができ，ナノ秒パルス放電法は現在主流となっている
極短ギャップを採用したバリア放電法に対して，オゾン生成濃度の面では及ばないものの，オゾン生成収率の面において優れた性能を有することが確認できる．
本論文では，これまでのナノ秒パルス放電法にて使用されてきたワイヤと円筒で構成される同軸円筒電極（シングルワイヤ電極）に替わり，複数ワイヤと円筒で構成される電極（マナノ秒パルス放電方式オゾン発生におけるマルチワイヤ電極の特性（澁田哲ら）
ナノ秒パルス放電方式オゾン発生におけるマルチワイヤ電極の特性（澁田ら）

3

ルチワイヤ電極）を用いることで，そのオゾン生成特性がど

図 2(b)には，本研究で新しく使用した複数のワイヤ電極をのように変化するのかを調査した．なお，複数ワイヤを用い有する電極（マルチワイヤ電極）の概略図を示す．8 本のタた意図としては，ワイヤ電極近傍の放電エネルギー密度を分

ングステンワイヤと真鍮製の外部円筒電極（内径 76 mm）に散させることである．また，円柱と複数ワイヤで構成されるて構成され，電圧印加による形成される電界はシングルワイ

電極（外部マルチワイヤ電極）のオゾン生成特性も調査する

ヤ電極と同様，ワイヤ電極近傍へ集中することとなり，ストことで，電界の不平等方向の影響も考察した．

リーマヘッドはそこで形成され，外部電極へ向け進展することとなる．なお，複数ワイヤ電極を用いることでワイヤ１本

Ozone yield, g/kWh

500

5ns Pulsed
Discharge

当たりの放電エネルギーを減少させることを目的とした．ま

400
300
200

た，ワイヤ電極への印加電圧は，20, 30 及び 40 kV とした．

Dielectric Barrier
Discharge

図 2(c)には，本研究で新しく用いた真鍮製の円柱を内部電Superimposed
Discharge
Surface
Discharge

極とし，複数ワイヤを外部電極とする電極（外部マルチワイ
ヤ電極）の概略図を示す．電圧印加による形成される電界は

Pulse corona

シングルワイヤ電極及びマルチワイヤ電極と同様，ワイヤ電100
DC corona

極近傍へ集中することとなり，ストリーマヘッドはそこで形

Commercial
Ozonizer

00.001 0.01 0.1
1
10 100 1000
Ozone concentration, g/m3

成され，内部電極へ向け進展することとなる．なお，放電空間へのガス密閉を目的として，外部マルチワイヤ電極の外側へアクリル製の円筒容器を設置した．また，ワイヤ電極への図 1 各所放電法による酸素原料オゾン生成特性
Fig. 1 Characteristic map of ozonizer.

印加電圧は， 40, 50 及び 60 kV とした．
なお，参考として，図 3 に各種放電電極における軸方向か

2.
2.1

実験方法

ら見た放電の様子を示す．本放電写真の撮影条件は印加電圧

ナノ秒パルス電源によるオゾン生成

40 kV，パルス繰り返し周波数 100 pps，撮影露光時間 1/30 s

本実験では前報 3)と同様の実験装置を使用した．ナノ秒パルである．本図における(a)，(b)，(c)は図 2 と同様に，シングル

ス電源は 2 ns の立ち上がり及び立ち下り時間，及び，5 ns

ワイヤ電極及びマルチワイヤ電極，外部マルチワイヤ電極をの時間幅を有する正極性パルスを発生でき，そのパルスを後示す．図 3 より，全ての放電電極において，ワイヤ電極と対述する各種放電電極のワイヤへ印加した．また，オゾン原料

向電極間で放電が形成されていることが確認できる．

ガスとしては酸素を用い，ガスボンベよりマスフローメータ（SEC-E40, STEC, Japan）を介し，流量 1.0 L/min で放電電極へと流入させた．なお，放電処理後のオゾン化ガス濃度は
紫外可視分光光度計（V560, JASCO, Japan）による測定吸光(a)

度をランベルト・ベールの法則へ導入することで算出した．
2.2

放電電極

本実験で用いた各種放電電極は同軸型構造を採用しており，電極への高速パルス伝送を可能とするために，ナノ秒パルス(b)

電源と直結した．また，全ての電極において，その長さは 1,000 mm に固定しており，ナノ秒パルスが印加されるワイヤ
電極は直径 0.1 mm のタングステンワイヤとした．
図 2(a)には，前報までに使用してきたシングルワイヤ電極の概略図を示す．１本のタングステンワイヤと真鍮製の外部(c)

円筒電極（内径 76 mm）にて構成され，電圧印加により形成される電界はワイヤ電極近傍へ集中することとなり，ストリーマヘッドはそこで形成され，外部電極へ向け進展すること

図 2 放電リアクタ構造図
Fig. 2 Schematic configurations of three discharge electrodes.

となる．なお，ワイヤ電極への印加電圧は， 40, 50 及び 60
kV とした．
- 2 -静電気学会誌 第37巻 第 1 号（2013）

4

60

40
20

300
200
200
100

20
0

-100
-200

-20
-40

(b)
(b)

100
0

-1000

0
-20

-40
-60
-10
-60
-10

40kV
50kV
40kV
60kV
50kV
60kV

400
300

Current,ACurrent,A

Voltage,kV
Voltage,kV

(a)
(a)

400

40kV
50kV
40kV
60kV
50kV
60kV

60
40

-200
-300

0
0

10

20
30
Time,ns
10
20
30
Time,ns

40

50

40

50

-300
-400
-10
-400
-10

0

10

0

10

20
30
Time,ns
20
30
Time,ns

40

50

40

50

(a)Voltage(b)Current(a)Voltage(b)Current
図
4 シングルワイヤ電極における典型的な放電波形

図 4 シングルワイヤ電極における典型的な放電波形
Fig. 4 Typical discharge waveforms in single-wire electrode.
Fig.
in single-wire electrode.
40 4 Typical discharge waveforms600
4030Voltage,kV
Voltage,kV

20
10

400
200
Current,ACurrent,A

(c)
(c)

200
0

10
0

0
-200

-100
-10
-20

-30
-40
-10
-40
-10

2.3
注入エネルギー密度
2.3
注入エネルギー密度
本研究ではオゾン生成特性の把握を目的として，原料ガス
本研究ではオゾン生成特性の把握を目的として，原料ガスへの注入エネルギー密度を定義している．注入エネルギー密への注入エネルギー密度を定義している．注入エネルギー密度（J/L）は式（１）にて算出され，Etotal, f, G はそれぞれ１度（J/L）は式（１）にて算出され，Etotal, f, G はそれぞれ１
パルスあたりの電極間への注入エネルギー（J/Pulse），パルス
パルスあたりの電極間への注入エネルギー（J/Pulse），パルス
繰り返し周波数（Pulses/sec），原料ガス流量（L/min）である．
繰り返し周波数（Pulses/sec），原料ガス流量（L/min）である．
式（１）より，原料ガスへの注入エネルギー密度は同一パル式（１）より，原料ガスへの注入エネルギー密度は同一パル
ス放電条件において，パルス繰り返し周波数により制御でき
ス放電条件において，パルス繰り返し周波数により制御できることとなる．
ることとなる．

Input energy density
Input energy densityE f  60
 E total  f  60
 total G
G

-200
-400

-20
-30

図 3 各種電極における放電の様子
図 33 Discharge
各種電極における放電の様子
Fig.
appearances in three different electrodes.
Fig. 3 Discharge appearances in three different electrodes.

（1）
（1）

3. 実験結果・考察
3. 実験結果・考察
3.1
シングルワイヤ電極対マルチワイヤ電極
3.1
シングルワイヤ電極対マルチワイヤ電極
図 4 及び図 5 にシングルワイヤ電極とマルチワイヤ電極に
図 4 及び図 5 にシングルワイヤ電極とマルチワイヤ電極におけるナノ秒パルス放電時の典型的な電圧・電流波形を示す．
おけるナノ秒パルス放電時の典型的な電圧・電流波形を示す．
図 4(a)及び図 5(a)において，ナノ秒パルス電源から 2 ns の電図 4(a)及び図 5(a)において，ナノ秒パルス電源から 2 ns の電圧の立ち上がり並びに立ち下り時間及び約 5 ns の持続時間
圧の立ち上がり並びに立ち下り時間及び約 5 ns の持続時間を有するパルス電圧がそれぞれの電極へ印加されていることを有するパルス電圧がそれぞれの電極へ印加されていることが確認できる．また，ナノ秒パルス電源とナノ秒パルス放電が確認できる．また，ナノ秒パルス電源とナノ秒パルス放電の完全なインピーダンス整合が取れていないため，印加パルの完全なインピーダンス整合が取れていないため，印加パル
スは１パルスでは収束せず，数十 ns に及ぶリンギングを有す
スは１パルスでは収束せず，数十 ns に及ぶリンギングを有することとなった．図 4(b)及び図 5(b)において，印加パルス電ることとなった．図 4(b)及び図 5(b)において，印加パルス電圧の増加に伴い放電電流が増加している事が確認できる．ま圧の増加に伴い放電電流が増加している事が確認できる．また，マルチワイヤ電極における放電電流がシングルワイヤ電
た，マルチワイヤ電極における放電電流がシングルワイヤ電
極における放電電流より大きいことが明らかである．
これは，極における放電電流より大きいことが明らかである．
これは，マルチワイヤ電極において，ワイヤと円筒電極間の距離が短
マルチワイヤ電極において，ワイヤと円筒電極間の距離が短- 3 - 3 -

20kV
30kV
20kV
40kV
30kV
40kV

600
400

20kV
30kV
20kV
40kV
30kV
40kV

30
20

0
0

10

20
30
Time,ns
10
20
30
Time,ns

40

50

40

50

-400
-600
-10
-600
-10

0

10

0

10

20
30
Time,ns
20
30
Time,ns(a)Voltage(b)Current(a)Voltage(b)Current
図
5 マルチワイヤ電極における典型的な放電波形

40

50

40

50

図 55 Typical
マルチワイヤ電極における典型的な放電波形
Fig.
discharge waveforms in multiple-wires electrode.
Fig. 5 Typical discharge waveforms in multiple-wires electrode.
く，かつ，ワイヤ電極表面積がワイヤ本数とともに増加した
く，かつ，ワイヤ電極表面積がワイヤ本数とともに増加したためと考えられる．
ためと考えられる．
図 6 にそれぞれの電極及び各印加電圧ピーク値における 1
図 6 にそれぞれの電極及び各印加電圧ピーク値における 1
パルス当りの電極間注入エネルギー波形を示す．この注入エ
パルス当りの電極間注入エネルギー波形を示す．この注入エ
ネルギーは図 4 及び図 5 に示される電圧・電流積の積分であ
ネルギーは図 4 及び図 5 に示される電圧・電流積の積分である．ここで，ナノ秒パルス電源の定格半値幅である 5 ns の持る．ここで，ナノ秒パルス電源の定格半値幅である 5 ns の持
続時間を有する最初のパルス電圧を第一パルスと，その第一
続時間を有する最初のパルス電圧を第一パルスと，その第一パルス放電時の電極間注入エネルギーを初期注入エネルギー
パルス放電時の電極間注入エネルギーを初期注入エネルギー（Initial input energy），電圧リンギング時を含む放電全体で（Initial input energy），電圧リンギング時を含む放電全体での注入エネルギーを総注入エネルギー（Total input energy =の注入エネルギーを総注入エネルギー（Total input energy =Etotal（式 1））と定義する．図 6 より，当然ではあるが，印加
Etotal（式 1））と定義する．図 6 より，当然ではあるが，印加電圧の増加とともに，初期及び総注入の両エネルギーとも増電圧の増加とともに，初期及び総注入の両エネルギーとも増加していることが確認できる．また，40 kV の同印加電圧に加していることが確認できる．また，40 kV の同印加電圧にて比較すると，マルチワイヤ電極の注入エネルギーはシングて比較すると，マルチワイヤ電極の注入エネルギーはシング
ルワイヤ電極のものよりもかなり大きくなっていることが確
ルワイヤ電極のものよりもかなり大きくなっていることが確認できる．ここで表 1 には印加電圧 40 kV 時のそれぞれの電認できる．ここで表 1 には印加電圧 40 kV 時のそれぞれの電極における初期及び総注入エネルギーの具体的な値と，総注
極における初期及び総注入エネルギーの具体的な値と，総注入エネルギーを 100％とした場合の初期注入エネルギーの割
入エネルギーを 100％とした場合の初期注入エネルギーの割合を示す．表 1 より，40 kV の同印加電圧にて，マルチワイ合を示す．表 1 より，40 kV の同印加電圧にて，マルチワイ
ヤ電極のシングルワイヤ電極に対する注入エネルギーの増加
ヤ電極のシングルワイヤ電極に対する注入エネルギーの増加
率は，初期注入エネルギーにて 8 倍，総注入エネルギーにて率は，初期注入エネルギーにて 8 倍，総注入エネルギーにて3 倍にまで至っており，特に初期注入エネルギー（第一パル
3 倍にまで至っており，特に初期注入エネルギー（第一パルス放電時）における増加率は著しい．これは，放電電流の所
ス放電時）における増加率は著しい．これは，放電電流の所にて前述したが，マルチワイヤ電極では電極間距離が短く，にて前述したが，マルチワイヤ電極では電極間距離が短く，かつ，ワイヤ電極表面積が大きいため，放電電流が流れやす
かつ，ワイヤ電極表面積が大きいため，放電電流が流れやすナノ秒パルス放電方式オゾン発生におけるマルチワイヤ電極の特性（澁田哲ら）
ナノ秒パルス放電方式オゾン発生におけるマルチワイヤ電極の特性（澁田ら）

5

く，電極間インピーダンスが減少することに由来する．図 7より，両電極において，注入エネルギー密度の増加とともには，
図 4 及び図 5 より算出される電極間インピーダンス（電に，まず生成オゾン濃度が増加し，その後，飽和へ転じて

圧/電流）を示すが，実際にマルチワイヤ電極の電極間インピいることが確認できる．シングルワイヤ電極においては，

ーダンスは 50-100 Ω であり，シングルワイヤ電極の 20-300

注入エネルギー密度 600 J/L 辺りから生成オゾン濃度は飽Ω と比較して小さく，かつ，ナノ秒パルス電源の特性インピ

和し始め，37 g/m3 の最高濃度に達し，一方，マルチワイーダンス（50 Ω）との差が小さいことからも確認できる．

ヤ電極においては，注入エネルギー密度 400 J/L 辺りから飽和し始め，32 g/m3 の最高濃度に達した．このオゾン濃度の飽和現象は，高エネルギー電子によるオゾン分解とオ
ゾン化ガス加熱によるオゾン分解に起因するものと考えられる．まず，高エネルギー電子に起因するものについて，
通常，オゾンは放電空間中へ生成された高エネルギー電子による酸素分子の酸素原子への解離（e + O2 → e + O + O）とそれに伴う酸素原子と酸素分子の結合（O + O2 + M →O3 + M）により生成されるが，一方で，生成したオゾンに
高エネルギー電子が衝突して，その解離を引き起こす（e +O3 → e + O + O2）ため，オゾン濃度がある一定を超えるとオゾンの生成と分解が平衡する．また，オゾン化ガス加

図 6 各電極における 1 パルス印加時の注入エネルギー
Fig. 6 Typical waveforms of input energy into discharge
electrode during pulsed power application.

熱に起因するものについては，オゾンは熱分解することが良く知られているが，注入エネルギー密度，即ち，単位ガス量に対する注入エネルギー量の増加はガスを加熱する

表 1 40 kV 電圧印加時の注入エネルギー
Table 1 Input energy into discharge electrode during 40 kV
pulsed voltage application.

こととも等価であり，ある一定の注入エネルギー密度を超えるとオゾン化ガスがオゾン分解温度まで達し，オゾンのInitial input energy

Total input energy

生成と分解が平衡することとなる．今回の場合，シングル

Single wire

16 mJ

53 mJ

ワイヤとマルチワイヤの両電極において，飽和オゾン濃度

electrode

31%

100 %

も飽和開始注入エネルギー密度も異なり，かつ，マルチワ

Multiple wire

130mJ

176mJ

イヤ電極の飽和オゾン濃度及び飽和開始注入エネルギー

electrode

74%

100%

ともシングルワイヤ電極のものより小さかったことより，
マルチワイヤ電極中にはナノ秒パルス放電によりオゾン分解を引き起こしやすい状態が形成されていると考えられる．しかしながら，前節で述べたように，マルチワイヤ
電極はナノ秒パルス電源との整合を取りやすいという利点も併せて有している．
40
Ozone concentration,g/m

335

図 7 各電極における 1 パルス印加時の電極間インピーダ
ンス
Fig. 7 Typical waveforms of electrode impedance during
pulsed discharge.

30
25
20

Single 40kV
Single 50kV
Single 60kV
Multiple 20kV
Multiple 30kV
Multiple 40kV

15
10
5
0

0

200
400
600
800
Input energy density, J/L1000

図 8 オゾン濃度の注入エネルギー密度依存性
Fig. 8
Dependences of ozone concentration on input energy
density for using different discharge electrodes.

図 8 にシングルワイヤ電極とマルチワイヤ電極における生成オゾン濃度の注入エネルギー密度依存性を示す．図 8- 4 -静電気学会誌 第37巻 第 1 号（2013）

なお，それぞれの電極におけるオゾン生成濃度飽和前の15 g/m3 時のオゾン生成収率は，シングルワイヤ電極で 385
g/kWh，マルチワイヤ電極で 410 g/kWh であった．また，オゾン生成収率（g/kWh）は式（2）にて算出した．

Yield



 G  60f  E total

400
40kV
50kV
60kV

40

（2）

200

20

100

0

-200

-40

，G: 原料ガス流量（L/min），f: パ
C: オゾン濃度（g/m3）

-300
0

10

20
30
Time,ns

4050(a)Voltage

ルス繰り返し周波数（pulses/sec），Etotal: 1 パルスあたりの

0

-100

-20

-60
-10

40kV
50kV
60kV

300

Current,AC

60

Voltage,kV

6

-400
-10

0

(b)Current

10

20
30
Time,ns4050

図 9 外部マルチワイヤ電極における典型的な放電波形
Fig. 9 Typical discharge waveforms in multiple outer wire
electrode.

電極間への注入エネルギー（J/pulse）

シングルワイヤ電極対外部マルチワイヤ電極

図 12 にシングルワイヤ電極と外部マルチワイヤ電極にお図 9 に外部マルチワイヤ電極におけるナノ秒パルス放電のける生成オゾン濃度の注入エネルギー密度依存性を示す．図

典型的な電圧・電流波形を示す．図 9(a)において，ナノ秒パ

8 より，両電極において注入エネルギー密度の増加とともに，

ルス電源から 2 ns の電圧の立ち上がり並びに立ち下り時間

まず，生成オゾン濃度が増加し，その後，飽和へ転じている

及び約 5 ns の持続時間を有するパルス電圧がそれぞれの電ことが確認できる．シングルワイヤ電極，外部マルチワイヤ

極へ印加されていることが確認できる．また，ナノ秒パルス

電極，それぞれの電極において，注入エネルギー密度 600 J/

電源とナノ秒パルス放電の完全なインピーダンス整合が取れ

L 辺りから生成オゾン濃度は飽和し始め，それぞれ 37 g/m3，ていないため，印加パルスは１パルスでは収束せず，数十 ns

21 g/m3 にての最高濃度に達した． また，シングルワイヤ電に及ぶリンギングを有することとなった．図 9(b) において，極における最大オゾン濃度が 37 g/m3 であることから，外部

印加パルス電圧の増加に伴い放電電流が増加している事が確

マルチワイヤ電極において，シングルワイヤ電極の場合より認できる．また，図 4(b)と比較すると，外部マルチワイヤ電

最大オゾン濃度の低下傾向が見られた．これは，両電極とも，極における放電電流とシングルワイヤ電極における放電電流

オゾン生成濃度飽和開始注入エネルギー密度が 600 J/L 辺りのピーク値との間に大きな違いが見られなかった．

と同じことより，オゾン化ガス加熱状態は同じであるが，オ3.2

図 10 にそれぞれの電極及び各印加電圧ピーク値における 1

ゾン飽和濃度が異なるのは放電空間中高速電子のエネルギ

パルス当りの電極間注入エネルギー波形を示す．この注入エー状態が異なるからであり，外部マルチワイヤ電極ではオゾ

ネルギーは図 4 及び図 9 に示される電圧・電流積の積分であン分解に寄与する 1-3 eV 程度のエネルギーを有する高速電る．図 10 より，印加電圧の増加とともに初期及び総注入の両子密度が多いことが予想される．これはワイヤ電極表面の電エネルギーともに増加していることが確認できる．また，40界強度との相関が取れている．
なお，外部マルチワイヤ電極によるオゾン生成濃度飽和前

kV の同印加電圧にて比較すると，外部マルチワイヤ電極の注の 15 g/m3 時のオゾン生成収率は 117 g/kWh であった．

入エネルギーはシングルワイヤ電極と比較して大きな違いは見られないことが確認できる．表 2 には印加電圧 40 kV 時のそれぞれの電極における初期及び総注入エネルギーの具体的な値と，総注入エネルギーを 100％とした場合の初期注入エ
ネルギーの割合を示す．表 2 より，40 kV の同印加電圧にて外部マルチワイヤ電極のシングルワイヤ電極に対する注入エ
ネルギーの増加率は，初期注入エネルギー，総注入エネルギ
ーともに 1.1 倍程度であり，初期注入エネルギーの割合においても大きな違いはみられないことが確認できる．また，図11 に図 4 及び図 9 より算出される電極間インピーダンス（電圧/電流）を示す．外部マルチワイヤ電極の電極間インピーダ
ンスは 20-300 Ω であり，シングルワイヤ電極の 20-300 Ω と

図 10各電極における 1 パルス印加時の注入エネルギー
Fig. 10 Typical waveforms of input energy into discharge
electrode during pulsed power application.

比較して，電極間インピーダンスに大きな違いが見られないことが確認できる．

- 5 -ナノ秒パルス放電方式オゾン発生におけるマルチワイヤ電極の特性（澁田哲ら）
ナノ秒パルス放電方式オゾン発生におけるマルチワイヤ電極の特性（澁田ら）

7

表 2 40 kV 電圧印加時の注入エネルギー

電と反対に疎から密へとなるような放電のオゾン生成特性をTable 2 Input energy into discharge electrode during 40 kV比較した．その結果，ストリーマヘッド空間密度が疎から密

pulsed voltage application.

へとなるような放電では，ストリーマヘッド内の電界が緩和

Initial input energy

Total input energy

Single wire

16 mJ

53 mJ

electrode

30%

100 %

Multiple wire

18mJ

62mJ

electrode

29%

100%

400

Single 40kV
Single 50kV
Single 60kVされオゾン生成へ不向きなことが確認された．
参考文献
D. Wang, T. Matsumoto, T. Namihira, H. Akiyama:
Development of Higher Yield Ozonizer based on nano-seconds
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Phys., 36(2003)1952
1)

Multiple 40kV
Multiple 50kV
Multiple 60kV

Impedance,ohm

350
300
250
200
150
100
50
0
0

1

2

3
4
Time,ns5

6

Ozone concentration,g/m3

図 11 各電極における 1 パルス印加時の放電インピーダ
ンス
Fig. 11 Typical waveforms of electrode impedance during
pulsed discharge.
Single 40kV
Single 50kV
Single 60kV

40

Multiple 40kV
Multiple 50kV
Multiple 60kV

35
30
25
20
15
10
5
0

0

200 400 600 800 1000
Input energy density,J/L

オゾン濃度の注入エネルギー密度依存性
図 12Fig. 12 Dependences of ozone concentration on input energy
density for using different discharge electrodes.
4.

まとめ

本論文では，ナノ秒パルス放電にてこれまで用いられてきたワイヤ対円筒の同軸円筒電極と今回新しく提案した複数ワ
イヤ対円筒の同軸型電極のオゾン生成特性を比較した．その結果，複数ワイヤ電極はこれまでの同軸円筒電極に比べてオゾン生成能力は若干劣るものの，ナノ秒パルス電源とのイン
ピーダンス整合に優れていることが明らかとなった．また，
電界集中方向が異なる，即ち，これまでの同軸円筒電極のようにストリーマヘッド空間密度が密から疎へとなるような放- 6 -