臭氧产生装置
阅读：154发布：2022-08-12
专利汇可以提供臭氧产生装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 是一种臭 氧 产生装置，具备：放电部，其使在形成于两个 电极 间的放电空间流过的原料气体放电来产生臭氧；以及冷却部，其对由放电产生的热量进行 散热 ，其中，原料气体的至少一部分为将 液化 原料 气化 而得到的气体，冷却部具备：第一冷却部，其供第一制冷剂与两个电极中的至少一方的电极 接触 地流过；以及第二冷却部，其设于比第一冷却部靠放电部的原料气体流经的下游侧的 位置 ，供第二制冷剂与两个电极中的至少一方的电极接触地流过，并将冷 能源 作为液化原料，向第二冷却部流入的第二制冷剂的 温度 被设定为比向第一冷却部流入的第一制冷剂的温度低的温度。，下面是臭氧产生装置专利的具体信息内容。
1.一种臭氧产生装置，所述臭氧产生装置具备：放电部，所述放电部使在形成于两个电极间的放电空间流过的原料气体放电来产生臭氧；以及冷却部，所述冷却部对由放电产生的热量进行散热，其特征在于，
所述原料气体的至少一部分为将液化原料气化而得到的气体，
所述冷却部具备：第一冷却部，所述第一冷却部供第一制冷剂与所述两个电极中的至少一方的电极接触地流过；以及第二冷却部，所述第二冷却部设于比所述第一冷却部靠所述放电部的所述原料气体流经的下游侧的位置，供第二制冷剂与所述两个电极中的至少一方的电极接触地流过，并将冷能源作为所述液化原料，向所述第二冷却部流入的所述第二制冷剂的温度被设定为比向所述第一冷却部流入的所述第一制冷剂的温度低的温度。
2.根据权利要求1所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述第二制冷剂为所述液化原料，将所述液化原料从所述第二冷却部气化而流出的气体作为所述原料气体。
3.根据权利要求1所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述臭氧产生装置具备热交换器，所述热交换器在所述第二制冷剂与所述液化原料之间进行热交换，所述臭氧产生装置将进行热交换而气化的所述液化原料作为所述原料气体。
4.根据权利要求1或者3所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述第一制冷剂与所述第二制冷剂是相同材料的制冷剂，并构成为所述第一冷却部的所述第一制冷剂和所述第二冷却部的所述第二制冷剂能够流通。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的臭氧产生装置，其特征在于，所述原料气体流经的下游侧的所述放电空间的放电间隔长度被设定成比所述原料气体流经的上游侧的放电间隔长度短，在放电间隔长度设定得短的放电部设置有所述第二冷却部。
6.根据权利要求4所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述原料气体流经的下游侧的所述放电空间的放电间隔长度被设定成比所述原料气体流经的上游侧的放电间隔长度短，在放电间隔长度设定得短的放电部设置有所述第二冷却部。
7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的臭氧产生装置，其特征在于，所述放电部分离为第一放电部和第二放电部，所述第一放电部和所述第一冷却部构成第一臭氧产生器，所述第二放电部和所述第二冷却部构成第二臭氧产生器，将由所述第一臭氧产生器生成的臭氧化气体导入到所述第二臭氧产生器。
8.根据权利要求4所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述放电部分离为第一放电部和第二放电部，所述第一放电部和所述第一冷却部构成第一臭氧产生器，所述第二放电部和所述第二冷却部构成第二臭氧产生器，将由所述第一臭氧产生器生成的臭氧化气体导入到所述第二臭氧产生器。
9.根据权利要求1至3中的任意一项所述的臭氧产生装置，其特征在于，所述臭氧产生装置具备臭氧浓缩装置，所述臭氧浓缩装置使产生的所述臭氧吸附于将所述液化原料的至少一部分作为冷能源而被冷却的吸附剂，使所述臭氧浓缩。
10.根据权利要求4所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述臭氧产生装置具备臭氧浓缩装置，所述臭氧浓缩装置使产生的所述臭氧吸附于将所述液化原料的至少一部分作为冷能源而被冷却的吸附剂，使所述臭氧浓缩。
11.根据权利要求5所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述臭氧产生装置具备臭氧浓缩装置，所述臭氧浓缩装置使产生的所述臭氧吸附于将所述液化原料的至少一部分作为冷能源而被冷却的吸附剂，使所述臭氧浓缩。
12.根据权利要求6所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述臭氧产生装置具备臭氧浓缩装置，所述臭氧浓缩装置使产生的所述臭氧吸附于将所述液化原料的至少一部分作为冷能源而被冷却的吸附剂，使所述臭氧浓缩。
13.根据权利要求7所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述臭氧产生装置具备臭氧浓缩装置，所述臭氧浓缩装置使产生的所述臭氧吸附于将所述液化原料的至少一部分作为冷能源而被冷却的吸附剂，使所述臭氧浓缩。
14.根据权利要求8所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述臭氧产生装置具备臭氧浓缩装置，所述臭氧浓缩装置使产生的所述臭氧吸附于将所述液化原料的至少一部分作为冷能源而被冷却的吸附剂，使所述臭氧浓缩。
臭氧产生装置
技术领域
[0001] 本发明涉及使用放电来产生臭氧的臭氧产生装置。
背景技术
[0002] 对使用放电来产生臭氧(O3)的臭氧产生装置进行说明。作为强力的氧化剂，臭氧在给排水处理等水环境净化技术、杀菌灭菌技术以及半导体清洗技术等跨越多方面的领域得到了利用，与近年来的环境意识的提高及电子设备的需求增加相应地，对高浓度且高效的臭氧产生技术的要求不断提高。
[0003] 作为产生臭氧的放电方式，主要使用无声放电式。在无声放电式的臭氧产生装置中，通过使用放电来使氧分子离解，从而产生臭氧，对于无声放电式臭氧产生装置的高浓度化、高效化，在世界各国不断进行着研究开发。在当前的臭氧产生装置中，投入电力中的用于转化为臭氧的能量为10％左右，剩余的90％在放电空间转化为热能量。此处，在放电空间因该热能量而成为高温时，产生的臭氧会经过热分解反应而减少，该热分解反应成为阻碍臭氧产生装置的高浓度化、高效化的主要原因之一。即，通过使放电空间为低温，从而抑制臭氧的热分解，提高臭氧产生效率，并能够产生高浓度的臭氧。此处，臭氧产生效率是指由每单位放电电力所能够产生的臭氧重量。在以往的臭氧产生装置中，一般是如下结构：通过使用存留在冷却塔等罐中的水或者自来水(以下称为常温水)来冷却电极，从而使放电空间为低温。既存在使常温水与电极直接接触来冷却电极的情况，也存在使臭氧产生装置侧的冷却水在闭路循环，通过与上述常温水的热交换来维持上述冷却水的温度的情况。但是，在任一种情况下，该常温水的温度均为25℃左右，而已知的是，在相比于25℃为更低的温度时，能够更有效地产生臭氧。因此，作为将制冷剂的温度保持为比常温低的温度的手段，利用低温循环器(以下称为冷却器)。但是，在使用冷却器的情况下，由于冷却器的运转也会消耗电力，所以存在臭氧产生系统整体的消耗电力增加这样的问题点。
[0004] 作为针对以上的问题点的对策，公开了如下的方法：利用作为臭氧产生装置的原料的液态氧、液态氮、液态二氧化碳以及液态空气这样的液化原料所具有的冷能来使放电空间低温化。提出了如下的方法：通过将作为温度极低的液体的液化原料用作制冷剂，从而不需要用于冷却制冷剂的冷却成本，有效地对放电空间进行冷却。若举出例子，则提出有：对安装于电极的翅片喷吹液化原料，通过蒸发传热来冷却电极的方法(例如专利文献1)；在将液化原料导入到臭氧产生装置的罐体来冷却臭氧产生部之后，将液化原料用作原料气体的方法(例如专利文献2)；以及通过将紧接着气化之后的低温原料气体导入到臭氧产生部，从而实现放电空间的低温化的方法(例如专利文献3)等。
[0005] 在先技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1：日本特开昭63－85003号公报
[0008] 专利文献2：日本特开平10－338507号公报
[0009] 专利文献3：日本特开2013－184861号公报(第0026～0030段，图6)
[0010] 专利文献4：日本专利第3545257号公报(第0007～0010段)
发明内容
[0011] 发明要解决的课题
[0012] 这样，利用液化原料的冷能来冷却放电空间在实现臭氧产生装置的高浓度化、高效化方面是有效的手段，但是，液化原料的冷能是有限的，通过本发明者们的考察，明确了仅凭该冷能是难以对放电空间整体进行冷却的。
[0013] 本发明是为了解决上述问题点而作出的，其目的在于使用有限的冷能来有效地提高臭氧产生性能。
[0014] 用于解决课题的手段
[0015] 本发明提供一种臭氧产生装置，所述臭氧产生装置具备：放电部，所述放电部使在形成于两个电极间的放电空间流过的原料气体放电来产生臭氧；以及冷却部，所述冷却部对由放电产生的热量进行散热，其中，原料气体的至少一部分为将液化原料气化而得到的气体，冷却部具备：第一冷却部，所述第一冷却部供第一制冷剂与两个电极中的至少一方的电极接触地流过；以及第二冷却部，所述第二冷却部设于比第一冷却部靠放电部的原料气体流经的下游侧的位置，供第二制冷剂与两个电极中的至少一方的电极接触地流过，并将冷能源作为液化原料，向第二冷却部流入的第二制冷剂的温度被设定为比向第一冷却部流入的第一制冷剂的温度低的温度。
[0016] 发明效果
[0018] 图1是表示本发明的臭氧产生装置的结构的概念图。
[0019] 图2是表示用于说明本发明的效果的臭氧产生特性的图。
[0020] 图3是表示本发明的实施方式1的臭氧产生装置的截面和系统模块的图。
[0021] 图4是表示本发明的实施方式1的另一臭氧产生装置的截面和系统模块的图。
[0022] 图5是表示本发明的实施方式2的臭氧产生装置的主要部分的截面和系统模块的图。
[0023] 图6是表示本发明的实施方式2的另一臭氧产生装置的截面和系统模块的图。
[0024] 图7是表示本发明的实施方式2的再一臭氧产生装置的截面和系统模块的图。
[0025] 图8是表示本发明的实施方式3的臭氧产生装置的截面和系统模块的图。
[0026] 图9是表示本发明的实施方式3的另一臭氧产生装置的截面和系统模块的图。
[0027] 图10是表示本发明的实施方式3的再一臭氧产生装置的截面和系统模块的图。
[0028] 图11是表示本发明的实施方式4的臭氧产生装置的主要部分的剖视图。
[0029] 图12是表示本发明的实施方式4的另一臭氧产生装置的主要部分的剖视图。
[0030] 图13是表示本发明的实施方式5的臭氧产生装置的结构的概略系统图。
[0031] 图14是表示本发明的实施方式6的臭氧产生装置的结构的概略系统图。
具体实施方式
[0032] 首先，以液化原料是液态氧的情况为例，来说明仅凭液化原料的冷能难以对放电空间整体进行冷却。在1g的液态氧变化为常温(设为298K)、常压(设为100kPa)的氧气时，进行作用的冷能为蒸发时的气化冷能(约200J)、气体膨胀时的冷能(约100J)以及显热(约100J)之和，合计是每1g约为400J。在臭氧产生装置中，对于每1根电极所需的原料气体的量而言，典型的值为0.07g/s，最大也只是为0.25g/s左右，与该原料气体的量相当的热量分别为28W、100W。相对于此，对于臭氧产生装置的放电电力而言，每1根电极为200～300W，该电力的90％会成为热能量，因此，由放电产生的热能为180～270W。此处，如式1所示，放电空间的温度Tg仅依赖于放电电力Wd、放电间隔长度d以及电极温度Te(专利文献4)。
[0033] Tg＝c×Wd×d+Te (式1)
[0034] 此处，c是依赖于电极形状、原料气体的热传导率、冷却部构造等的常数。
[0035] 臭氧产生装置的放电间隔长度是在装置制造阶段决定的，所以一般而言，臭氧产生装置运转中的放电空间的温度仅由放电电力来确定。为了将放电空间的温度维持为恒定，需要使用投入到电极的冷能来抵消由放电产生的热能，将电极温度维持为恒定。但是，液态氧的冷能(最大为100W)比由放电产生的热能(最小为180W)小，由此可知，仅凭液态氧的冷能难以将放电空间整体维持为低温。因此，利用液化原料进行的冷却无法实现臭氧浓度以及臭氧产生效率(以下称为臭氧产生性能)的提高。因此，本发明者们进行了如下的考察。
[0036] 图2是表示在由制冷剂对接地电极进行冷却的无声放电式臭氧产生装置中将制冷剂温度设为5℃、15℃、25℃以及35℃时的臭氧产生特性的例子的线图。在图2中，除了制冷剂温度以外，高电压电极与接地电极之间的间隙尺寸(放电间隔长度)、电力、原料气体组成以及气体压力等条件相同。横轴是放电空间内的位置，左端为原料气体入口，右端为含有臭氧的气体(以下称为臭氧化气体)出口。纵轴表示臭氧浓度。从图2可知，制冷剂温度越低，臭氧浓度越高。另外可知，在放电空间中的靠近臭氧化气体出口且臭氧浓度高的区域(以下称为高臭氧浓度区域)，与原料气体入口相比，制冷剂温度对臭氧浓度带来的影响大。虽然液化原料的冷能是有限的，不具有维持放电空间整体的温度的能力，但本发明者们发现，即使将液化原料的冷能作用的范围限定在高臭氧浓度区域，也能够将高臭氧浓度区域维持为低温，所以能够提高臭氧产生性能。以下，使用附图，具体地说明本发明。
[0037] 图1是表示实施本发明的臭氧产生装置的结构的概念图。图1概念性地示出了如下的臭氧产生装置，在所述臭氧产生装置中，在形成于具备相对的两个电极的放电部1的两个电极间的放电空间使包含氧的原料气体2流过，在两个电极间施加交流电压，使原料气体放电，从而得到臭氧化气体3。流经冷却部的制冷剂与放电部1的两个电极中的至少一方的电极接触而进行冷却。冷却部被完全或者部分地分割为第一冷却部5和第二冷却部4，所述第一冷却部5供第一制冷剂6流过，所述第二冷却部4供第二制冷剂8流过。第二冷却部4设于比第一冷却部5靠原料气体2流经的下游侧的位置。利用第一冷能源7将流入到第一冷却部5的第一制冷剂6的温度设定为恒定温度，利用第二冷能源9将流入到第二冷却部4的第二制冷剂8的温度设定为比第一制冷剂6的温度低的温度。第二冷能源9为液化原料，在将其冷能用于第二冷却部4的冷却之后，作为原料气体2进行使用。由于构成为越靠放电部中的原料气体流经的下游侧，臭氧浓度越高，第二制冷剂8对高臭氧浓度区域进行冷却，所以高臭氧浓度区域被维持为更低的温度。因此，能够进一步提高臭氧产生性能。作为使第二制冷剂8的冷能源为液化原料，并将流入到第二冷却部4的第二制冷剂8的温度设定为比流入到第一冷却部5的第一制冷剂6的温度低的温度的结构，能够考虑各种各样的结构，因此，以下，作为本发明的实施方式，对各种结构进行说明。
[0038] 实施方式1.
[0039] 图3是表示本发明的实施方式1的臭氧产生装置的放电部以及冷却部的剖视图。此外，为了简化说明，图3示出了电极为1根的情况，即使有多根电极，电极的构造以及电极与制冷剂接触的结构也相同。在实际的臭氧产生装置的放电部1中，并联地设置多根如图3那样的构造的电极。在以后的实施方式中，也以电极是1根的情况为例进行说明，但本发明也能够应用于并联地设置多根电极的情况，这是不言而喻的。另外，在以后的附图中，对与实施方式1的臭氧产生装置的结构设备同样或者相当的构件标注相同的附图标记，只要没有特别需要，就省略说明。
[0040] 对于图3所示的臭氧产生装置的放电部1而言，将圆管状的金属制接地电极10和金属制高电压电极11配置在同心同轴上而使两电极相对，并将原料气体2导入到形成于该相对的两电极间的放电空间12，在该放电空间12施加交流高电压，从而产生无声放电，生成臭氧。图3左侧表示与原料气体2的流动平行的截面，图3右侧的A－A剖面表示与原料气体2的流动垂直的放电部1的截面。如图3的反白箭头所示，原料气体2从纸面左侧导入到放电空间，臭氧化气体3从纸面右侧被取出。
[0041] 原料气体2为包含氧的气体，一般使用液态氧或者液态空气。已知在使用纯净的氧气来产生臭氧时，臭氧浓度会因长时间运转而逐渐减小，在将氧气作为原料的情况下，为了避免上述情形，将微量的氮或者二氧化碳添加为背景气体。因此，一般的原料气体为氧、空气、氮、二氧化碳以及它们的混合气体。在本发明中，使用液态氧、液态空气、液态氮、液态二氧化碳这样的液化原料作为原料气体源。也存在使用如下的混合液化原料作为液化原料的情况，所述混合液化原料是在液态氧中添加少量的液态氮或者液态二氧化碳而成的。
[0042] 在无声放电式的臭氧产生装置中，在接地电极10的面向放电空间12的一侧以及高电压电极11的面向放电空间12的一侧的至少一方设置有电介质。在图3中，作为例子，电介质13设置于高电压电极11。电介质13由玻璃、陶瓷等基体材料(日文：バルク材料)构成，在设置于高电压电极11的情况下，其臭氧化气体出口侧(在图3中为纸面右侧)的端部关闭。来自电源的电流通过供电部件14而供给到高电压电极11。
[0043] 冷却部覆盖接地电极10的外侧，流经冷却部的制冷剂与接地电极10接触而对接地电极10进行冷却。冷却部被隔板101分割为供第一制冷剂6流过的第一冷却部5和供第二制冷剂8流过的第二冷却部4，所述第二冷却部4设于比该第一冷却部靠原料气体2流经的下游侧的位置。第二制冷剂8由水、乙醇、甲醇、乙二醇或者防冻液等液体制冷剂构成、或者由液态氧、液态氮、液态空气、液态二氧化碳或者液化天然气等液化原料构成。第一制冷剂6由水、乙醇、甲醇、乙二醇或者防冻液等液体制冷剂构成。第一制冷剂6和第二制冷剂8分别使用独立的冷能源而被设定为不同的温度。向第一冷却部5流入的第一制冷剂6的温度例如设定为室温等至少能够对放电部的热量进行散热的温度，向第二冷却部4流入的第二制冷剂8的温度设定为比向第一冷却部5流入的第一制冷剂6低的温度。作为第二制冷剂8的冷能源的第二冷能源9(参照图1)为液化原料，作为第一制冷剂的冷能源的第一冷能源7为低温制冷剂循环器、制冷器或者冷却塔等一般的低温制冷剂的冷能源。第二制冷剂8通过连接口20a、20b而在第二冷却部4流动，对原料气体流经的下游侧即高臭氧浓度区域进行冷却，第一制冷剂6通过连接口30a、30b而在第一冷却部5流动，对原料气体流经的上游侧即低臭氧浓度区域进行冷却。例如各制冷剂的温度为：相对于流入到第一冷却部5的第一制冷剂6的温度为25℃，将流入到第二冷却部4的第二制冷剂8的温度设定在5℃以下。
[0044] 各制冷剂向各冷却部的流动既可以从高臭氧浓度区域所在的方向(图3的右方：以下称为高臭氧浓度侧(原料气体流经的下游侧))流入，从低臭氧浓度区域所在的方向(图3的左方：以下称为低臭氧浓度侧(原料气体流经的上游侧))流出，也可以从低臭氧浓度侧流入，从高臭氧浓度侧流出，优选从高臭氧浓度侧流入，从低臭氧浓度侧流出。这是因为：在制冷剂流经冷却部的期间，通过与放电部的热交换，制冷剂的温度上升，因此，为了使高臭氧浓度侧的温度比低臭氧浓度区域的温度低来提高冷却效果，使制冷剂从高臭氧浓度侧流入为佳。即，第二制冷剂8优选通过连接口20a而流入到冷却部，通过连接口20b而从冷却部流出，第一制冷剂6优选通过连接口30a而流入到冷却部，通过连接口30b而从冷却部流出。
[0045] 第二冷却部4的长度L能够在比0大且比电极的轴向长度小的范围内自由地设计。但是，在减小第二冷却部4的长度L时，基于冷却的臭氧产生性能的提高效果减少，在增大第二冷却部4的长度L时，第二制冷剂8所需的冷能的量变大，所以冷却成本增大。考虑第二冷却部4的长度L对臭氧产生性能带来的影响和对冷却成本带来的影响，优选将第二冷却部的长度L设定为相对于冷却成本的增加，臭氧产生性能的提高效果为最大。第二冷却部4的长度L的最佳值依赖于原料气体2的组成、放电电力以及放电间隔长度等放电部1的动作环境、及第二制冷剂8的组成以及流量等冷却部的动作环境。一般而言，在将第二冷却部4的长度L设为电极的长度Le的1/3以内时，容易以较少的冷能来维持与第一冷却部5的温度差。
[0046] 此外，对于无声放电式的臭氧产生装置的放电部1的电极形状而言，有平行平板型、同轴圆筒管型等各种各样的形状。在本发明中，无论电极形状为任何形状，都能够进行应用。就放电部1的结构而言，只要是在两个电极间施加交流电压，使在两个电极间流过的包含氧的原料气体放电的结构即可。另外，对于第一冷却部5以及第二冷却部4而言，只要是使制冷剂与上述两个电极中的至少一方的电极接触而对由放电产生的热量进行散热的结构即可。在各实施方式中，以与图3所示的电极相同的同轴圆筒管型的电极为例进行说明，但也可以例如如图4所示的侧面剖视图(下部)以及A－A剖视图那样，放电部1是在相对的两张平行平板形状的电极间施加交流电压而使在两张平行平板形状的电极间流过的原料气体2放电的结构，第一冷却部5以及第二冷却部4是使制冷剂与两张平行平板形状的电极这两方接触而对由放电产生的热量进行散热的结构，这是不言而喻的。
[0047] 如以上说明，越靠近高臭氧浓度区域，基于放电部1的冷却的臭氧产生性能提高效果越大，因此，根据本发明的实施方式1的臭氧产生装置的结构，利用液化原料所具有的冷能来发挥大的臭氧产生性能提高效果。由此，不需要用于使第二制冷剂8冷却高臭氧浓度区域的其它途径的能量投入，能够降低冷却成本。
[0048] 实施方式2.
[0049] 图5是表示本发明的实施方式2的臭氧产生装置的结构的主要部分的截面和系统模块的图。实施方式2是关于实施方式1中的第二制冷剂8的冷能的构成的更具体的一个实施方式。即，实施方式2的臭氧产生装置的基本结构与实施方式1相同。在实施方式2中，使用液态氧、液态氮、液态空气或者液态二氧化碳等液化原料作为第二制冷剂8，且构成为第二制冷剂8也作为原料气体2进行供给。在使液化原料作为第二制冷剂8从液化原料储藏库301通过连接口20a以及20b中的任一方而流入到第二冷却部4，并对高臭氧浓度区域进行冷却之后，使其通过另一方的连接口而流出。在图5中，第二制冷剂8通过连接口20a而流入，通过连接口20b而流出，但流入口与流出口也可以是相反的。
[0050] 作为第二制冷剂8的液化原料在流入到第二冷却部4时为液体状态，且温度极低。另一方面，流入到第一冷却部5的第一制冷剂6被设定为常温或者比0℃高的温度。即，流入到第二冷却部4的第二制冷剂8的温度被设定为比流入到第一冷却部5的第一制冷剂6的温度低的温度。作为第二制冷剂8的液化原料在从第二冷却部4流出的时刻，经过与高臭氧浓度区域的热交换而成为气体。将该气化后的液化原料作为原料气体2导入到放电空间12，通过放电而使其臭氧化。在将气化后的液化原料导入到放电空间12之前，例如也可以使其在与氮等其它原料气体302混合之后导入到放电空间。在将向放电部导入液化原料时的额定流量设为F[L/s]、将单位体积的液化原料所具有的冷能设为Q[J/L]时，使用电极的轴向长度Le[m]以及在额定运转时投入到放电部的放电电力Wd[W]作为参数，则第二冷却部4的长度L的最佳值Lo[m]为：
[0051] Lo＝Le×Q×F/(0.9×Wd)[m] (式2)
[0052] 。只要将第二冷却部4的长度L设定为该最佳值Lo，就能够高效地利用第二制冷剂8的冷能。
[0053] 图6是表示本发明的实施方式2的臭氧产生装置的另一结构的主要部分的截面和系统模块的图。如图6所示，第二制冷剂8也可以在从第二冷却部4流出之后经过流量控制设备303，然后导入到放电空间12。流量控制设备303是阀体、带阀体的流量计、质量流量调整器或者压力调整器等，对从第二冷却部4流出的第二制冷剂8的流量进行控制。在放电部1与第二制冷剂8之间进行交换的热量与通过流量控制设备303的第二制冷剂8的设定流量的大小相应地变化，因此，作为其结果，能够控制第二制冷剂8所具有的冷能中的用于高臭氧浓度区域的冷却的比例和作为原料气体2的温度而残留的比例的比率(以下称为第二制冷剂8的冷能分配比)。在以后的实施方式中，只要没有特别的声明，就可以使用流量控制设备303来控制第二制冷剂8的冷能分配比，另外，也可以在将原料气体导入到放电空间12之前，使原料气体与氮、二氧化碳这样的其它原料气体302混合而导入到放电空间。在该情况下，除了其它原料气体302以外的原料气体、即原料气体的至少一部分，为液化原料气化而成的气体，将该液化原料用作第二冷却部4的冷能源。另外，也可以为：将氮或者二氧化碳这样的混合的原料气体也作为液化原料，将该液化原料也用作第二冷却部4的冷能源。
[0054] 图7是表示本发明的实施方式2的臭氧产生装置的再一结构的主要部分的截面和系统模块的图。如图7所示，也可以使用隔板101a以及101b来设置中间冷却部45。作为导入到第二冷却部4的第二制冷剂8的液化原料，该液化原料在第二冷却部4蒸发，利用气化冷能对接地电极10进行冷却。蒸发并成为气体状的低温的液化原料102被导入到中间冷却部45，利用其冷能对接地电极10进行冷却。在图7中，各制冷剂分别通过高臭氧浓度侧的连接口而流入到冷却部，通过低臭氧浓度侧的连接口而流出，但流入流出的方向当然也可以相反。液化原料所具有的冷能大致分为气化冷能、气体膨胀时的冷能以及显热这三种，一般而言，这三种的冷能中的气化冷能的大小最大。图7的结构的目的在于，使液化原料所具有的冷能中的最大的气化冷能在最靠近高臭氧浓度侧的第二冷却部4进行作用，使其它冷能在其次靠近高臭氧浓度侧的中间冷却部45进行作用。
[0055] 根据以上的实施方式2的臭氧产生装置的结构，能够有效地冷却放电空间中的高臭氧浓度区域，利用较少的冷能来发挥大的臭氧产生性能提高效果。此外，在将液化原料用作臭氧产生装置的原料气体2的情况下，液化原料本身也兼作第二制冷剂8的冷能源，所以不需要用于将第二制冷剂8的温度维持为比第一制冷剂6低的温度的冷却成本。另外，通过使用流量控制设备303来控制第二制冷剂8的冷能分配比，能够针对臭氧产生性能的提高来实现最佳的冷却方式。另外，通过设置中间冷却部45，能够使液化原料所具有的冷能没有剩余地完全用于放电空间12的冷却。
[0056] 实施方式3.
[0057] 图8是表示本发明的实施方式3的臭氧产生装置的结构的主要部分的截面和系统模块的图。实施方式3的臭氧产生装置与实施方式2的区别点在于，没有将液化原料直接用作第二制冷剂8，具备使第二制冷剂8与液化原料进行热交换的热交换器。液化原料通过循环热交换器304而作为第二制冷剂8的冷能源发挥功能，将流入到第二冷却部4的第二制冷剂8的温度设定为低温。在实施方式3中，也将进行热交换而气化了的液化原料用作原料气体2。使第二制冷剂8通过循环热交换器304，利用液化原料的冷能，将流入到第二冷却部4的第二制冷剂8的温度设定为比流入到第一冷却部5的第一制冷剂6低的温度。在将液化原料直接用作第二制冷剂8的实施方式2中，流经第二冷却部4的液化原料的压力为高压，所以需要使第二冷却部4为耐高压的构造。但是，根据本实施方式3的臭氧产生装置的结构，对第二制冷剂8的材质没有限制，对第二冷却部4不要求耐高压的构造。
[0058] 图9是表示本发明的实施方式3的另一臭氧产生装置的结构的主要部分的截面和系统模块的图。与图8的区别点在于：隔板103未完全地分割第二冷却部4和第一冷却部5，第二冷却部4与第一冷却部5部分地连接，另外，第二制冷剂8和第一制冷剂6由相同材料的制冷剂构成。即，构成为第一冷却部5的第一制冷剂6和第二冷却部4的第二制冷剂8能够流通。在该情况下，冷却部的构造与图8相比更为简单。隔板103既可以如图9那样远离接地电极
10，也可以固定于接地电极10而远离罐体外壳。在如图9那样构成为第二冷却部4与第一冷却部5部分地连接而第一制冷剂6和第二制冷剂8能够流通的情况下，优选使第二制冷剂8通过连接口20b而流入到第二冷却部4，通过连接口20a而流出。在该情况下，在图9中，第二制冷剂8沿从连接口20b向连接口20a的箭头流动，第一制冷剂6沿从连接口30a向连接口30b的箭头流动。这样，能够将第二制冷剂8与第一制冷剂6的混合抑制到最小限度，容易维持第二冷却部4的温度与第一冷却部5的温度之间的温度差。
10，也可以固定于接地电极10而远离罐体外壳。在如图9那样构成为第二冷却部4与第一冷却部5部分地连接而第一制冷剂6和第二制冷剂8能够流通的情况下，优选使第二制冷剂8通过连接口20b而流入到第二冷却部4，通过连接口20a而流出。在该情况下，在图9中，第二制冷剂8沿从连接口20b向连接口20a的箭头流动，第一制冷剂6沿从连接口30a向连接口30b的箭头流动。这样，能够将第二制冷剂8与第一制冷剂6的混合抑制到最小限度，容易维持第二冷却部4的温度与第一冷却部5的温度之间的温度差。
[0059] 图10是表示本发明的实施方式3的再一臭氧产生装置的结构的主要部分的截面和系统模块的图。如图10所示，流经第二冷却部4和第一冷却部5的制冷剂也可以是流经一个循环系统的共用制冷剂80。共用制冷剂80当在第二冷却部4对高臭氧浓度区域进行冷却之后，被导入到第一冷却部5，对低臭氧浓度区域进行冷却。共用制冷剂80在对低臭氧浓度区域进行冷却并从第一冷却部5流出之后，通过热交换器305而被冷却至与第一冷能源7的温度相同的温度。其后，共用制冷剂80通过热交换器304而进一步被冷却至比第一冷能源低的温度，并再次向第二冷却部4导入。在如图10那样的结构中，流入到第二冷却部4的共用制冷剂80的温度也被设定为比流入到第一冷却部的共用制冷剂80的温度低。在热交换器304中，液化原料作为冷能源对共用制冷剂80进行冷却，气化后的液化原料作为原料气体2向放电空间导入。在图9以及图10中，示出了将液化原料用作通过循环热交换器304进行热交换的第二冷能源的例子，但也可以是不将液化原料用作第二冷能源，而使用除了液化原料以外的冷能源(例如低温制冷剂循环器或者制冷器等)的结构，这是不言而喻的。
[0060] 根据以上的实施方式3的臭氧产生装置的结构，能够由高臭氧浓度区域的有效的冷却来实现臭氧产生性能的提高。此外，由于构成为不将液化原料本身用作第二冷却部4的第二制冷剂8，而是经由热交换器304将液化原料的冷能赋予第二制冷剂8，所以能够使用一般材质的制冷剂作为第二制冷剂8。因此，冷却部的构造变得简单，能够降低冷却部的制作成本。另外，在如图9及图10那样构成为第一制冷剂6和第二制冷剂8能够流通时，能够简化冷却部的构造，并且能够使第一制冷剂6和第二制冷剂8为相同材料的制冷剂。另外，通过使流经第一冷却部5和第二冷却部4的制冷剂为共用制冷剂80，从而能够降低所需的制冷剂的量。
[0061] 实施方式4.
[0062] 图11以及图12是表示作为本发明的实施方式4的臭氧产生装置的主要部分的放电部以及冷却部的剖视图。对于第二制冷剂8的连接口以及第一制冷剂6的连接口而言，由于与实施方式1等相同，故予以省略。在本实施方式4中，与实施方式1、2、3不同的特征点在于：放电空间的间隙尺寸即放电间隔长度d在空间上不均匀这一点，以及第二冷却部4的长度L是对应于放电间隔长度d短的部分的长度这一点。即，在本实施方式4的臭氧产生装置中，在放电间隔长度设定得短的放电部设置有第二冷却部4。已知一般在放电空间的气体压力为
1.0～3.0atm的情况下，放电间隔长度d越短，臭氧产生性能越高(例如专利文献4)。因此，为了提高臭氧产生性能，有时采用如下的构造：在放电空间，在臭氧浓度高的臭氧化气体出口侧、即原料气体流经的下游侧，缩短放电间隔长度d。作为使放电间隔长度d变化的手段，既可以如图11那样使电介质13的厚度在轴向上变化，也可以如图12那样使直径不同的电极管连结。另外，也可以如图7那样设置中间冷却部，并与之相应地使放电间隔长度变化为3个阶段。不言而喻，可以如实施方式2、3那样将液化原料用作第二制冷剂8的冷能源，隔板101可以将第二冷却部4和第一冷却部5完全地分割，也可以部分地分割。
1.0～3.0atm的情况下，放电间隔长度d越短，臭氧产生性能越高(例如专利文献4)。因此，为了提高臭氧产生性能，有时采用如下的构造：在放电空间，在臭氧浓度高的臭氧化气体出口侧、即原料气体流经的下游侧，缩短放电间隔长度d。作为使放电间隔长度d变化的手段，既可以如图11那样使电介质13的厚度在轴向上变化，也可以如图12那样使直径不同的电极管连结。另外，也可以如图7那样设置中间冷却部，并与之相应地使放电间隔长度变化为3个阶段。不言而喻，可以如实施方式2、3那样将液化原料用作第二制冷剂8的冷能源，隔板101可以将第二冷却部4和第一冷却部5完全地分割，也可以部分地分割。
[0063] 在如图11以及图12那样放电间隔长度d在空间上不均匀的情况下，可以说，在放电间隔长度d越短的部分，基于冷却的臭氧产生性能的提高效果也越高。即，只要如本实施方式4的臭氧产生装置的结构那样在放电间隔长度d短的放电部设置第二冷却部4，使用温度更低的第二制冷剂8进行冷却，并利用第一制冷剂6对其它部分进行冷却，就能够利用较少的冷能来得到很大的臭氧产生性能提高效果。
[0064] 实施方式5.
[0065] 图13是表示本发明的实施方式5的臭氧产生装置的结构的概略系统图。在本实施方式5中，臭氧产生装置具备第一臭氧产生器100和第二臭氧产生器200这两个臭氧产生器。各个臭氧产生器包括放电部和冷却部。即，作为不同的臭氧产生器的放电部，将放电部分离。臭氧产生装置构成为：将由第一臭氧产生器100生成并从第一臭氧产生器100流出的臭氧化气体导入到第二臭氧产生器200来进一步提高臭氧浓度。此外，为了简化说明，在图13中示出了各个臭氧产生器的电极为1根的情况，但即使在一个臭氧产生器中存在多根电极，结构也是相同的，在实际的臭氧产生装置的放电部中，并联地设置有多根如图3那样的构造的电极。作为第一臭氧产生器100的放电部的第一放电部51使用第一冷却部5的第一制冷剂
6进行冷却，作为第二臭氧产生器200的放电部的第二放电部41使用第二冷却部4的第二制冷剂8进行冷却。在该结构中，流入到臭氧浓度更高的第二臭氧产生器200所具备的第二冷却部4的第二制冷剂8的温度也被设定为比流入到臭氧浓度低的第一臭氧产生器所具备的第一冷却部5的第一制冷剂6的温度低的温度，所述第二臭氧产生器200为下游侧，所述第一臭氧产生器为上游侧。冷却系统例如由在实施方式1～3中说明的冷却系统中的能够应用的冷却系统构成。
6进行冷却，作为第二臭氧产生器200的放电部的第二放电部41使用第二冷却部4的第二制冷剂8进行冷却。在该结构中，流入到臭氧浓度更高的第二臭氧产生器200所具备的第二冷却部4的第二制冷剂8的温度也被设定为比流入到臭氧浓度低的第一臭氧产生器所具备的第一冷却部5的第一制冷剂6的温度低的温度，所述第二臭氧产生器200为下游侧，所述第一臭氧产生器为上游侧。冷却系统例如由在实施方式1～3中说明的冷却系统中的能够应用的冷却系统构成。
[0066] 第二臭氧产生器200中的电极的轴向长度L2比第一臭氧产生器100中的电极的长度L1短。对其比率L2/(L1+L2)没有限制，但在对L2/(L1+L2)进行设定，以使L2/(L1+L2)与第二制冷剂所具有的冷能Wc相对于第一臭氧产生器100的放电电力W1与第二臭氧产生器200的放电电力W2之和Wt＝W1+W2中的、成为热能的电力0.9×Wt的比例Wc/(0.9×Wt)相等时，能够使臭氧产生性能的提高效果达到最高。例如在使放电电力为Wt＝300W、使液态氧作为第二制冷剂8以0.2g/s流过时，液态氧的冷能约为400J/g，所以相对于L1＝1m，优选将L2设为L2＝0.42m左右。
[0067] 如以上那样，对于本实施方式5的臭氧产生装置而言，由第一冷却部5冷却的第一放电部51和由第二冷却部4冷却的第二放电部41不是一体的，而是分离的各自独立的放电部，本实施方式5的臭氧产生装置具备包括第一冷却部5和第一放电部51的第一臭氧产生器100、以及包括第二冷却部4和第二放电部41的第二臭氧产生器200。通过应用本发明，以构成为将由第一臭氧产生器100产生的臭氧化气体导入到第二臭氧产生器200，作为臭氧浓度更高的臭氧化气体进行取出，并将流入到高臭氧浓度侧的第二冷却部4的第二制冷剂8的温度设定得比流入到低臭氧浓度侧的第一冷却部5的第一制冷剂的温度低，从而能够使用有限的冷能来有效地提高臭氧产生性能。
[0068] 实施方式6.
[0069] 图14是表示本发明的实施方式6的臭氧产生装置的结构的概略系统图的例子。本实施方式6的臭氧产生装置向臭氧浓缩装置400供给臭氧化气体3，并具备将液化原料所具有的冷能用于臭氧浓缩装置400的冷却的机构。在本实施方式6中，臭氧浓缩装置400包括臭氧吸附塔401、吸附剂402以及臭氧吸附塔冷却部403。填充有吸附剂402的臭氧吸附塔401被流经臭氧吸附塔冷却部403的制冷剂冷却，吸附剂402的温度被维持为0℃以下的低温。通过使臭氧化气体3流通于臭氧吸附塔401，从而将臭氧吸附于冷却后的吸附剂402。在从臭氧浓缩装置400取出臭氧时，对臭氧吸附塔401的压力进行减压，从而使吸附于吸附剂402的臭氧解吸，能够以浓度比吸附前的臭氧浓度高的臭氧化气体404将臭氧取出。在本发明中，将液化原料所具有的冷能用于上述臭氧吸附塔401的冷却。一般而言，在臭氧吸附时所生成的吸附热比在臭氧产生时所生成的放电的热能小，每1g臭氧为140J左右。上述吸附热能够由一般的臭氧产生时的原料流量进行充分的冷却。
[0070] 此外，只要将用于臭氧吸附塔401的冷却的液化原料也用作臭氧产生装置的第二制冷剂8，就能够有效地活用液化原料的冷能。优选为：在对第二冷却部4的长度进行设定，以使由第二冷却部4产生的放电的热能与臭氧吸附塔401的臭氧吸附热之和与额定流量的液化原料所具有的冷能相等时，没有冷能的浪费。在图14中，第二制冷剂8在流过臭氧吸附塔冷却部403之后被导入到臭氧产生装置的第二冷却部4，但第二制冷剂8也可以先流过第二冷却部4，然后导入到臭氧吸附塔冷却部403。在任意的情况下，都可以构成为：在臭氧吸附塔冷却部403中，不使用在气化之后用作臭氧产生的原料气体2的液化原料的全部，而是在臭氧吸附塔冷却部403中使用液化原料的一部分。
[0072] 此外，本发明在其发明范围内能够适当地对各实施方式进行组合、变形或省略。
[0073] 附图标记说明
[0074] 1：放电部；2：原料气体；3、404：臭氧化气体；4：第二冷却部；5：第一冷却部；6：第一制冷剂；7：第一制冷剂6的冷能源；8：第二制冷剂；9：第二制冷剂8的冷能源；10：接地电极；11：高电压电极；12：放电空间；13：电介质；20a、20b：第二制冷剂8向第二冷却部4的连接口；
30a、30b：第一制冷剂6向第一冷却部5的连接口；41：第二放电部；51：第一放电部；100：第一臭氧产生器；101、101a、101b、103：隔板；200：第二臭氧产生器；301：液化原料储藏库；304：
循环热交换器；400：臭氧浓缩装置；401：臭氧吸附塔；402：吸附剂；403：臭氧吸附塔冷却部；
d：放电间隔长度。
30a、30b：第一制冷剂6向第一冷却部5的连接口；41：第二放电部；51：第一放电部；100：第一臭氧产生器；101、101a、101b、103：隔板；200：第二臭氧产生器；301：液化原料储藏库；304：
循环热交换器；400：臭氧浓缩装置；401：臭氧吸附塔；402：吸附剂；403：臭氧吸附塔冷却部；
d：放电间隔长度。
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