WO1993002959A1 - Ozoneur en forme de plaque - Google Patents

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Tetsusuke Yokomi
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Sumitomo Precision Products Co., Ltd.
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    • Y10S422/00—Chemical apparatus and process disinfecting, deodorizing, preserving, or sterilizing
    • Y10S422/907—Corona or glow discharge means

Definitions

  • the present invention relates to a plate-type ozone generator configured by stacking a plurality of plate-shaped discharge cells.
  • the discharge cell used in the plate-type ozone generator has two electrodes 1 and 1 facing each other to form a discharge gap 2 between them, and air supplied to the discharge gap 2 It is configured to ozone the source gas such as oxygen.
  • Each electrode 1 is formed by coating a dielectric on the surface of a metal plate, and its thickness is reduced to about 1.0 mm so as not to cause heat transfer resistance.
  • a plate-type ozone generator having a predetermined capacity is formed.
  • Reference numeral 3 denotes a frame-shaped packing for forming a discharge gap 2 between the electrodes 1 and 1
  • 4 denotes an insulator separator.
  • the discharge gap 2 of the discharge cell can be kept narrow and uniform, so that discharge can be performed at a low voltage.
  • the electrodes 1 and 1 can be easily enlarged and cooled. Therefore, it is more suitable for generating high-concentration ozone than a tube type.
  • An object of the present invention is to provide a blade-type ozone generator that can reliably prevent deformation of a discharge cell even if the discharge cell is large and its internal pressure is high, without forcing the discharge cell. .
  • the plate-type ozone generator includes a plate-shaped ozone generator, a plate-shaped ozone generator, an ozone generator main body configured to circulate raw material gas through each discharge cell to form an ozone generator, and a pressure vessel accommodating the ozone generator main body.
  • Means for supplying a pressurized gas having substantially the same pressure as the pressure of the source gas supplied into each discharge cell of the ozone generator main body is provided in the pressure vessel.
  • the pressure difference between the inside and outside of the discharge cell of the ozone cutter is reduced, even if the discharge cell is large and easily deformed, the deformation of the discharge cell can be suppressed even if the internal pressure is increased.
  • a dry gas having a lower dew point than the discharge cell refrigerant is desirable.
  • the plate-type ozone generator of the present invention reduces the pressure difference between the inside and outside of the discharge cell, thereby suppressing the deformation of the discharge cell and maintaining the uniformity of the discharge gap. Even if a high-pressure source gas is supplied to the cell, the ozone generation efficiency does not decrease. Therefore, high-concentration, high-pressure ozone gas can be efficiently generated.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing an example of a plate-type ozone generator embodying the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the discharge cell.
  • the plate-type ozone generator of the present invention includes an ozone generator main body 10 composed of a plurality of plate-shaped discharge cells 11 and a pressure vessel 20 containing the ozone generator main body 10. .
  • the plurality of discharge cells 11 in the ozone generator body 10 are stacked with a cooler 13 sandwiched between two support plates 12 and 12, and these are connected by a rod 14. It is supported by holding the bolts 16, 16 between the two end plates 15, 15.
  • Each of the discharge cells 11 is liquid-cooled by the coolers 13 and 13 for both electrodes 1 and 1 (see FIG. 2).
  • the cooler 13 has electric electrodes of both electrodes 1, 1. Pure water or oil is circulated in order to achieve this.
  • the raw material gas is supplied at a predetermined pressure from a pipe and a manifold 17 to both electrodes 1 and 1 of each discharge cell 11.
  • the pressure vessel 20 internally supports the ozone generator main body 10 by a support member (not shown). Pressurized gas is supplied into the pressure vessel 20 from the upper introduction pipe 21. The pressurized gas in the pressure vessel 20 is maintained at the same pressure as the internal pressure of each discharge cell 11, and is discharged little by little from the lower discharge pipe 22. The raw material gas is sent to the piping manifold 17 by a dedicated gas pipe so that it does not mix with the pressurized gas in the pressure vessel 20, and the ozone gas discharged from each discharge cell 11 is the same. Then, it is led out of the pressure vessel 20 through a dedicated gas pipe.
  • the pressurized gas should have a dryness that does not cause condensation on the surface of the cooler 13, and inexpensive instrument air is desirable. Further, SF 6 , N 2, etc. having high electrical conductivity are also desirable.
  • Air, oxygen, etc. are used as the source gas, but oxygen is required to increase the concentration.
  • the pressure in the discharge cell 11 that is, the pressure between the electrodes 1 and the pressure in the pressure vessel 20 are equalized, and there is no pressure difference between the inside and outside of the cell. Even when the discharge cell 11 is large and a high-pressure raw material gas is supplied therein, the electrodes 1, 1 of the discharge cell 11 are not deformed, and the uniformity of the discharge gap is maintained. . Therefore, high-concentration, high-pressure ozone gas is efficiently generated.
  • Table 1 shows the relationship between the discharge gap and the ultimate ozone concentration. Even if the discharge gear is about 0.5 mm, its uniformity is maintained. table 1
  • the area of one electrode in the discharge cell is from 300 to 2000 cm 2 .
  • the pressurized gas in the pressure vessel 20 is discharged little by little, when the raw material gas or ozone gas leaks from the ozone generator main body 10, the gas is mixed with the pressurized gas and the pressure vessel 20 It is discharged outside. Therefore, leakage of source gas is automatically detected by measuring the emission gas.
  • the ability to use a source gas (oxygen, ultra-dry air, etc.) as the pressurized gas In that case, it is difficult to detect leakage of the source gas from the ozone generator body 10.
  • Table 2 shows the results when ozone gas was actually generated by the plate-type ozone generator of the present invention. While the generation of ozone concentration in the case of not applying a preload to the pressure vessel 2 0 is 1 2 2 g- 0 3 / m 3, adding a pressurization corresponding to the raw material gas pressure in the pressure container 2 in 0 If you also occurs ozone concentration increases 1 3 2 g- 0 3 / Nm 3 and 8% or more. Since there is no changing conditions other than the presence or absence of pressurization, the improvement of the ozone generation efficiency, presumably because the improved uniformity of the discharge gap by the addition of given pressure c The number of discharge cells six, the electrode area 1 800 cm 2 . Table 2
  • Ozone generation efficiency is expressed as ozone generation / electricity consumption.
  • Conventional improvements in efficiency have been pursued mainly from the perspective of reducing the electrical energy required for ozone gas generation and saving the total energy of ozone generation.
  • the result has been at most about 10 to 15% in the past 10 to 15 years.
  • the ozone generation efficiency can be increased by 5 to 10% at a stroke, and the effect is enormous.
  • the plate-type ozone generator of the present invention efficiently generates low-concentration, high-pressure ozone gas, and is used in a TEOS-CVD apparatus that requires high-concentration, high-pressure ozone in semiconductor manufacturing equipment. be able to. It is also suitable for the pulp bleaching field where high concentration, large volume ozone and low power consumption are required.

Description

明 細 書
プレート型オゾン発生機
技術分野
本発明は、 複数枚の板状の放電セルを重ねて構成したプレ ―ト型 オゾン発生機に関する。 景技術
プレート型オゾン発生機に使用される放電セルは、 図 2に示すよ うに、 2枚の電極 1 , 1を対向させてこの間に放電空隙 2を形成し、 この放電空隙 2に供給される空気、 酸素等の原料ガスをオゾン化す る構成になっている。 各電極 1は、 金属板の表面に誘電体を被覆し て構成され、 その厚みは、 伝熱の抵抗とならないように約 1. 0 m m と薄くされている。 そして、 この放電セルを、 ヒートシンクと呼ば れる冷却体を挟んで複数重ねることにより、 所定容量のプレート型 オゾン発生機が構成される。 3は電極 1 , 1間に放電空隙 2を形成 するための額緣状のパッキン、 4は絶縁体セパレータである。
このようなプレート型オゾン発生機は、 放電セルの放電空隙 2を 狭く均一に保持できるのて、 低電圧で放電が可能となる。 また、 電 極 1 , 1の大型化および冷却が容易である。 従って、 チューブ型等 に比べて、 高濃度オゾンの発生に適している。
ところが、 このようなプレート型オゾン発生機も、 半導体製造装 置に使用されるような高濃度で高圧力のオゾンガスを発生させよう とすると、 オゾン発生効率の低下が問題になってくる。
即ち、 プレート型オゾン発生機で上記の如き高濃度、 高圧力のォ ゾンガスを発生させるためには、 かなりの電極面積と、 要求される ォゾンガスの圧力に見合う原料ガス圧とが必要になる。 ところが、 薄い電極 1 , 1は大型化により変形し易くなり、 このような状態で 放電空隙 2の内圧が高められると、 大きな歪みを生じる。 その結果、 放電ギャップの均一性が保てなくなり、 オゾン発生効率が低下する のである。
この問題を解決するために 、 電極 1の支持部材を強固にす ることが有効と考えられる。 しかし、 この対策は、 支持部材を大型 にする上に、 放電セルのパッキン 3に大きな締付力を加えることに なり、 バッキン 3の信頼性を低下させる原因になる。 従って、 機棱 的な捕強で電極 1 , 1の変形を抑えることは好ましくなく、 現実に は、 電極 1の変形によるオゾン発生効率の低下を余儀なくされ ている。
また、 半導体製造装置に使用されるような高濃度のォゾンガスを 発生させるためには、 冷却器を液体により強冷する必要がある。 し かし、 冷却器の温度が極端に低下すると、 結露が生じる。 放電セル には高電圧が印加されているため、 この結露は絶緣不良の原因とな る。
本発明の目的は、 放電セルが大型で、 その内圧が高い場合も、 放 電セルを捕強することなくその変形を確実に防ぐことができるブレ ―ト型オゾン発生機を提供することにある。
本発明の他の目的は、 放電セルが強冷された場合も結露のおそれ がないプレート型ォゾン発生機を提供することにある。 発明の開示
本発明のプレート型オゾン ¾生機は、 板状の放電セルを重ね、 原 料ガスを各放電セル内に流通させてォゾン化するォゾン発生機本体 と、 該オゾン発生機本体を収容する圧力容器と、 該圧力容器内に、 ォゾン発生機本体の各放電セル内に供給される原料ガスの圧力とほ ぼ同じ圧力の与圧ガスを供給する手段を具備している。
オゾン癸生機本体の放電セル内外での圧力差が減るので、 放電セ ルが大型で変形しやすい場合にその内圧を高めても、 放電セルの変 形が抑えられる。 圧力容器内に供給する与圧ガスとしては、 放電セ ルの冷媒より露点が低い乾燥ガスが望ましい。 本発明のプレート型オゾン発生機は、 このように、 放電セル内外 の圧力差を減らすことにより、 放電セルの変形を抑え、 放電ギヤッ プの均一性を保つので、 放電セルを大型化したり、 放電セルに高圧 の原料ガスを供給しても、 オゾン発生効率が低下しない。 従って、 高濃度、 高圧力のオゾンガスを効率よく生成することができる。 また、 放電セルの変形を抑えるにあたって、 補強の如き機械的手 段を採用しないので、 支持部材の大型化が回壁されると共に、 放電 セルの締付力が強くならず、 そのギヤップを確保するためのガスケ ッ トに無理な力がかからないので、 ガスケッ トの耐久性、 信頼性を 高めることもできる。
与圧ガスとして乾燥ガスを使用すれば、 結露による絶縁性低下も 合わせ防ぐことができ、 冷却能の向上から、 オゾンガスの高濃度化 を図ることもできる。 図面の簡単な説明
図 1は本発明を実施したプレート型オゾン発生機の一例を模式的 に示す側面図である。 図 2は放電セルの構造を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明のプレート型オゾン発生機は、 複数枚の板状放電セル 1 1 により構成されたオゾン発生機本体 1 0と、 オゾン発生機本体 1 0 を収容する圧力容器 2 0とを具備している。
オゾン発生機本体 1 0における複数枚の放電セル 1 1は、 2枚の 支持板 1 2 , 1 2の間に冷却器 1 3を挟んだ状態で重ねられ、 これ を、 ロッ ド 1 4により連結された 2枚の端板 1 5 , 1 5間にボルト 1 6 , 1 6で保持することによって支持されている。
各放電セル 1 1は、 両電極 1 , 1 (図 2参照） とも冷却器 1 3 , 1 3により液冷される。 冷却器 1 3には、 両電極 1 , 1の電気铯緣 を図るために、 純水または铯緣油が循環される。 原料ガスは、 配管. マ二ホールド 1 7から各放電セル 1 1の両電極 1 , 1問へ所定圧力 で供給される。
圧力容器 2 0は、 図示されない支持部材により、 内部にオゾン発 生器本体 1 0を支持している。 圧力容器 2 0内には、 上部の導入管 2 1より与圧ガスが供給される。 圧力容器 2 0内の与圧ガスは、 各 放電セル 1 1の内圧と同じ圧力に保持され、 下部の排出管 2 2より 僅かずつ排出される。 原料ガスは、 圧力容器 2 0内の与圧ガスと混 じらないように、 専用のガス管にて配管マ二ホールド 1 7へ送られ、 各放電セル 1 1から排出されるオゾンガスも、 同様に専用ガス管に て圧力容器 2 0の外へ導出される。
与圧ガスは、 冷却器 1 3の表面で結露しない乾燥度を持つものと し、 安価な計装空気が望ましい。 また、 電気的铯緣性の高い S F 6 , N2 等も望ましい。
原料ガスとしては、 空気、 酸素等を使用するが、 高濃度化のため には酸素が必要である。
本究明のプレート型オゾン発生機では、 放電セル 1 1内の圧力、 即ち両電極 1間の圧力と、 圧力容器 2 0内の圧力とが等しくさ れ、 セル内外の圧力差を生じないので、 放電セル 1 1が大型で、 且 つ、 その内部に高圧の原料ガスが供給された場合も、 放電セル 1 1 の両電極 1 , 1に変形が生じず、 放電ギャップの均一性が保たれる。 従って、 高濃度、 高圧力のオゾンガスが効率よく生成される。
また、 放電ギャップの均一性が保たれることにより、 放電ギヤッ プを小さくでき、 これによるオゾンガスの高濃度化の効果が得られ る。 放電ギャップと到達オゾン濃度の関係を表 1に示す。 放電ギヤ ッブが 0. 5 mm程度であっても、 その均一性が保たれる。 表 1
Figure imgf000007_0001
放電セルにおける 1枚の電極の面積は、 3 0 0〜 2 0 0 0 c m2 である。
圧力容器 2 0内の与圧ガスは、 僅かずつ排出されているので、 ォ ゾン発生機本体 1 0から原料ガスやオゾンガスが漏出した場合は、 そのガスが与圧ガスに混ざって圧力容器 2 0の外へ排出される。 そ のため、 排出ガスの計器分折により、 原料ガスの漏洩が自動検知さ れる。 与圧ガスとして、 原料ガス （酸素、 超乾燥空気等） を使うこ ともできる力 その場合は、 オゾン発生機本体 1 0からの原料ガス の漏洩を検出することは困難となる。
本発明のプレート型オゾン発生機で実際にオゾンガスを生成した 場合の結果を表 2に示す。 圧力容器 2 0内に与圧をかけない場合の 発生オゾン濃度が 1 2 2 g— 03 / m3 であるのに対し、 圧力容 器 2 0内に原料ガス圧力に相当する与圧を付加した場合は、 1 3 2 g— 03 /Nm3 と 8 %以上も発生オゾン濃度が上昇する。 与圧の 有無以外の条件変化はないので、 このオゾン発生効率の向上は、 与 圧の付加により放電ギャップの均一性が向上したためと考えられる c なお、 放電セル数は 6枚、 電極面積は 1 8 0 0 c m2 とした。 表 2
Figure imgf000008_0001
オゾン発生効率は、 オゾン発生量/電力使用量で表わされる。 従 来の効率改善は、 主に、 オゾンガス発生に必要な電気工ネルギーを 小さくしてオゾン発生のトータルエネルギーを節約する観点から進 められていた。 しかし、 その成果は、 過去 1 0 〜 1 5年で高々 1 0 〜 1 5 %程度である。 本発明ば、 このオゾン発生効率を一挙に 5 〜 1 0 %高めることができ、 その効果は甚大である。 産業上の利用可能性
本発明のプレート型オゾン発生機は、 髙濃度、 高圧力のオゾンガ スを効率よく発生させるので、 半導体製造装置で、 高濃度、 高圧力 のォゾンが要求される T E 0 S— C V D装置に使用することができ る。 また、 高濃度で大容量のオゾンと低い電力使用量が要求される パルプ漂白分野に適する。

Claims

請 求 の 範 囲 . 板状の放電セルを重ね、 原料ガスを各放電セル内に流通させ てオゾン化するォゾン発生機本体と、 該ォゾン発生機本体を収容 する圧力容器と、 該圧力容器内に、 オゾン発生機本体の各放電セ ル内に供給される原料ガスの圧力とほぼ同じ圧力の与圧ガスを供 給する手段とを具備したことを特徴とするプレート型オゾン発生 . 前記与圧ガスが、 放電セルを冷却する冷媒の温度より露点が低 い乾燥ガスである請求の範囲第 1項記載のプレート型オゾン発生
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