オゾン発生装置とは、オゾンガス（O3）を生成するために使用される装置です。オゾンは分解されやすく、保存することが難しいです。そのため、その場で生成して使用する必要があります（特殊な状況では短期間保存することが可能です）。したがって、オゾンが必要とされるすべての場所でオゾン発生装置を使用する必要があります。オゾン発生装置は、飲料水処理、下水処理、工業酸化、食品加工および保存、医薬品合成、宇宙分野の滅菌など、さまざまな分野で広く使用されています。オゾン発生装置によって生成されたオゾンガスは、直接利用するか、混合装置を通じて液体と混合し、化学反応に参加させることができます。
オゾン発生装置の作動原理
通電後、高電圧電場または紫外線照射を用い、正極と負極によって酸素を生成し、それが重合してオゾン分子になります。
反応の化学反応式は次の通りです：3O2 ═ 2O3
オゾンの生成方法に応じて、オゾン発生器は主に次の3つのタイプに分類されます：高圧放電式、紫外線照射式および電解式です。
高圧放電式発生器
このタイプのオゾン発生器は、一定周波数の高圧電流を使用して高圧コロナ電界を形成させ、その電界内または周囲の酸素分子に電気化学反応を起こさせることによりオゾンを生成します。
このタイプのオゾン発生器は技術が成熟しており、運転が安定し、寿命が長く、オゾン出力も大きく（最大で1台あたり1Kg/h）、国内外の関連産業で最も広く使用されています。
高圧放電式オゾン発生器には、以下の種類があります：
1.発生器の高圧周波数によって、商用周波数（50〜60Hz）、中周波数（400〜1000Hz）、高周波数（1000Hz以上）の3種類があります。
中高周波数発生装置は、小型で消費電力が低くオゾン出力が大きいという利点があり、最も一般的に使用されている製品です。
2. 使用されるガス原料によって、酸素型と空気型の2種類があります。酸素型は通常、酸素ボンベや酸素発生装置によって酸素を供給します。空気型は一般的に、清浄で乾燥した圧縮空気を原料として使用します。
オゾンは酸素によって生成され、空気中の酸素含有量は21%しかないため、空気型発生装置によって生成されるオゾン濃度は比較的低くなります。しかし、ボンベや酸素発生装置内の酸素純度は90%以上であるため、酸素型発生装置によって生成されるオゾン濃度はより高くなります。
3. 冷却方法によって、水冷式と空冷式があります。オゾン発生器が運転中には大量の熱エネルギーが発生するため、冷却が必要です。そうでなければ、高温により生成中のオゾンが分解してしまいます。水冷式発生器は冷却効果が良好で、運転が安定しており、オゾンの減衰がなく、長時間連続運転が可能です。ただし、構造が複雑でコストがやや高めです。一方、空冷式の冷却効果はそれほど理想ではなく、オゾンの減衰が顕著です。全体的に性能が安定した高性能オゾン発生器は通常水冷式です。空冷式は一般に、比較的出力が小さい中低性能のオゾン発生器に使用されることが多いです。
発生器を選ぶ際は、できるだけ水冷式を選定してください。
4.誘電体材料によって分類すると、一般的なタイプにはクォーツ管（ガラスの一種）、セラミックプレート、セラミック管、ガラス管、エナメル管などがあります。さまざまな誘電体材料で作られたオゾン発生装置は市場で入手可能であり、その性能は異なります。ガラス誘電体は、安価で性能が安定していることから、人工的にオゾンを生成するために初期に使用された材料の一つですが、機械的強度が弱いという欠点があります。セラミックはガラスと似ていますが、加工が難しく、特に大規模なオゾン発生装置での使用には適用が制限されます。
5.オゾン発生器の構造によって、誘電体バリア放電型（DBD）とオープン型の2種類があります。
6.オゾン発生器の放電室構造によって、管型と平板型の2種類に分けられます。
セラミックプレート式オゾン発生器の利点：
1. 高耐久性 - セラミック部品は腐食や劣化に強く、過酷な環境下でも長寿命を確保します。
2. オゾン出力の安定性 - セラミック電極はオゾン生成量が一貫しており、性能のばらつきがほとんどありません。
3. エネルギー効率 - セラミック材料の優れた誘電特性により、消費電力が低くなります。
4. コンパクト設計 - セラミックの高い構造強度により、コンパクトで軽量なオゾンモジュールを実現します。
5. 保守性に優れています - 酸化や化学的摩耗に強く、停止時間や交換コストを削減します。
6. 環境にやさしい - 有害な副生成物が発生せず、セラミックは無毒で不活性な材料です。
石英管式オゾン発生器の利点：
1. 高純度オゾン - 石英ガラス（溶融シリカ）は化学的に不活性であり、汚染を防ぎ、高濃度のオゾン出力を確保します。
2. 優れた誘電特性 - 高い絶縁性により安定したコロナ放電を可能にし、エネルギー効率を向上させます。
3. UV透過性 - UVベースのオゾン生成（特定の設計において）またはハイブリッドUV／コロナシステムを可能にします。
4. 熱衝撃耐性 - 急激な温度変化にひび割れることなく耐え、高出力用途に最適です。
5. 長寿命 - 酸化および腐食に強く、電極の劣化を時間とともに抑制します。
6. 低メンテナンス - 滑らかな石英表面により汚れの付着を最小限に抑え、清掃を簡素化します。
セラミックプレート式オゾン発生器のプロセス：
1. 高度なセラミック電極 - 高純度アルミナによりコロナ放電を通じて効率的なオゾン生成を実現します。
2. 精密設計 - レーザー切断または成形されたセラミックプレートにより、均一な放電ギャップを可能にし、オゾン生成効率を最適化します。
3. 耐熱性 - セラミックは高温に耐えるため、変形を防ぎながら効率を維持します。
4. モジュール式スタック可能設計 - 拡張可能な構成によりオゾン出力を調整可能（医療、産業、水処理用途など）
5. 統合冷却－一部の設計では、セラミックによる放熱を組み込むことで、長寿命と高性能を実現しています。
石英管式オゾン発生器の工程：
1. 高精度チューブ設計－均一な肉厚により、効率的なオゾン合成のための一定の電界分布を確保します。
2. 高周波コロナ放電－石英の絶縁耐力と組み合わせることで、ワットあたりのオゾン生成量を最大限に引き出します。
3. 二重構造－空冷／水冷タイプなど、一部の設計では冷却性能向上のために内管／外管を備えた構造となっています。
4. シームレスな統合－ステンレス鋼またはチタン製電極と組み合わせ可能で、ハイブリッドな耐久性を実現します。
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