(57)【要約】【課題】電源が供給する駆動電圧を高くすることなく、装置全体の小型化を図ったオゾンガス発生装置を得る。【解決手段】オゾン発生器５０は複数の光源式オゾン発生セル対を有し、各光源式オゾン発生セル対は２つの光源式オゾン発生セルから構成される。光源式オゾン発生セルは、点灯時に、所定範囲の波長を有するＬＥＤ光を照射するＬＥＤ光源群１ｂと、ＬＥＤ光源群１ｂと対向して設けられ、ＬＥＤ光源群１ｂからのＬＥＤ光を受ける光触媒膜２ａとを主要構成要素として含んでいる。光触媒膜２ａとＬＥＤ光源群１ｂとの間に形成される空間は原料ガスが通過するオゾン生成空間３として規定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素ガスを含んだ原料ガスを受け、オゾンガスを発生する光源式オゾン発生セルを有するオゾン発生器と前記光源式オゾン発生セルに駆動電圧を出力する電源とを備えるオゾンガス発生装置であって、
前記光源式オゾン発生セルは、
点灯時に、所定範囲の波長を有する照射光を照射する光源部と、
前記光源部と対向して設けられ、前記光源部からの照射光を受ける光触媒膜とを含み、前記光触媒膜と前記光源部との間に形成される空間は原料ガスが通過するオゾン生成空間として規定される、
オゾンガス発生装置。
【請求項２】
請求項１記載のオゾンガス発生装置であって、
前記光源式オゾン発生セル内のガス圧力を数十ｋＰａ以上、０．１５ＭＰａ以下の圧力範囲に設定したことを特徴とする、
オゾンガス発生装置。
【請求項３】
請求項１記載のオゾンガス発生装置であって、
前記電源は前記光源式オゾン発生セル内の前記光源部に前記駆動電圧を出力する光源用電源を含み、前記光源部は前記駆動電圧により点灯／消灯が制御され、
前記光源用電源は、前記光源部の点灯期間及び消灯期間が繰り返されるように、前記駆動電圧を出力する、
オゾンガス発生装置。
【請求項４】
請求項３記載のオゾンガス発生装置であって、
前記光源部はＬＥＤを光源要素としたＬＥＤ光源部を含み、
前記所定範囲は３００ｎｍ以上６２０ｎｍ以下である、
オゾンガス発生装置。
【請求項５】
請求項３記載のオゾンガス発生装置であって、
前記光源部はレーザを光源要素としたレーザ光源部を含み、
前記所定範囲は３００ｎｍ以上６２０ｎｍ以下である、
オゾンガス発生装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５記載のオゾンガス発生装置であって、
前記光触媒膜は、構成材料をバンドギャップが２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下の特定光触媒物質を含む、
オゾンガス発生装置。
【請求項７】
請求項６記載のオゾンガス発生装置であって、
前記光触媒膜２ａの構成材料は、ＣｒＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ｆｅ２ＴｉＯ３，Ｆｅ２Ｏ３，Ｃｒ２Ｏ３，ＰｂＯ，Ｖ２Ｏ５，ＭｏＯ３、ＮｂＯ５、Ｔａ２Ｏ５、ＦｅＴｉＯ３，ＷＯ３，及びＢｉ２Ｏ３のうち、少なくとも一つを含む、
オゾンガス発生装置。
【請求項８】
請求項１記載のオゾンガス発生装置であって、
前記原料ガスは、露点温度−５０℃以下の乾燥空気を含む、
オゾンガス発生装置。
【請求項９】
請求項３記載のオゾンガス発生装置であって、
前記光源部は第１及び第２の光源群を含み、
前記第１の光源群は複数の第１の光源面を有し、
前記第２の光源群は複数の第２の光源面を有し、
前記複数の第１及び第２の光源面は同一水平面に形成され、平面視して第１の方向に沿って第１及び第２の光源面が交互に配置され、かつ、平面視して前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って第１及び第２の光源面が交互に配置され、
前記光源用電源が出力する前記駆動電圧は第１及び第２の駆動電圧を含み、前記第１の駆動電圧は前記第１の光源群に付与され、前記第２の駆動電圧は前記第２の光源群に付与され、
前記第１及び第２の駆動電圧は、前記第１の光源群の消灯期間と、前記第２の光源群の消灯期間とが時間的に重複しないように設定される、
オゾンガス発生装置。
【請求項１０】
請求項１記載のオゾンガス発生装置であって、
前記光源部を搭載する光源部用基板をさらに備え、
前記光源部用基板は冷却機能を有する、
オゾンガス発生装置。
【請求項１１】
請求項１記載のオゾンガス発生装置と、
前記オゾンガス発生装置から発生されるオゾンガスを利用して半導体製造処理を行う半導体製造装置とを備える、
オゾンガス利用システム。
【請求項１２】
燃料室及びエンジンを有する自動車と、
前記自動車に搭載される、請求項１記載のオゾンガス発生装置とを備え、
前記自動車は燃料室に燃料を供給するための燃料供給配管と、エンジンから発生するガスの排気用のガス排気配管とを有し、
前記オゾンガス発生装置から発生したオゾンガスは、前記燃料供給配管及びガス排気配管のうち、少なくとも一つの配管に供給される、
オゾンガス利用システム。
【請求項１３】
請求項１記載のオゾンガス発生装置と、
前記オゾンガス発生装置から発生されるオゾンガスを利用して推力を得るオゾンエンジンとを備える、
オゾンガス利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、酸素ガスを含んだ原料ガスを受けオゾンガスを発生する光源式オゾン発生セルを有するオゾン発生器と光源式オゾン発生セルに駆動電圧を出力する電源とを備えるオゾンガス生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のオゾンガス発生装置の一つとして放電式オゾンガス発生装置がある。放電式オゾンガス発生装置は、オゾン発生器内に、酸素ガスを含んだ原料ガスを供給し、原料ガスを放電させることにより、酸素ガスを解離させる第１のオゾン生成工程と、解離した酸素原子と酸素分子とを結合させる第２のオゾン生成工程とを交互に繰り返し、効率良くオゾンガスを生成させる放電方式を採用した装置である。
【０００３】
従来のオゾンガス発生装置の他の一つとして光源式オゾンガス発生装置がある。光源式オゾンガス発生装置は、原料ガス自身を解離させる光エネルギーを有した紫外光を照射することにより、酸素ガスを解離させ、解離した酸素原子と酸素分子との結合でオゾンガスを生成させる光源方式を採用した装置である。
【０００４】
放電式オゾンガス発生装置は、供給する放電電力によって数百ｐｐｍ〜数十％の広範囲のオゾン濃度、かつ広範囲（１ｇ/ｈ〜数十ｋｇ/ｈ）に亘るオゾン発生量で容易にオゾンガスを出力することができるため、半導体製造分野、オゾン水処理分野、あるいは、オゾン殺菌・洗浄・漂白分野で、幅広く利用されている。
【０００５】
また、光源式オゾンガス発生装置として、水銀ランプや特殊なエキシマランプの紫外光源を利用した装置が実用化されているが、発生するオゾン濃度は、数ｇ／ｍ３未満（数千ｐｐｍ未満）であり、オゾン発生量も数ｇ／ｈ未満のため、利用用途は極限られた分野となっている。
【０００６】
放電式オゾンガス発生装置に関する先行文献として例えば、特許文献１が挙げられ、光源式オゾンガス発生装置に関する先行文献として例えば、特許文献２、特許文献３が挙げられる。
【０００７】
また、最近オゾンガスを利用する新分野として、例えば、特許文献４に示した内燃機関であるエンジンの圧縮自着火の手段として、コンパクトなオゾンガス発生装置が注目されてきており、この用途として、特許文献５や特許文献６に開示された放電方式を採用した小型オゾン発生器やオゾン制御システムが考えられる。
【０００８】
オゾンガスを利用する新分野では、所定量以上のオゾン発生量は必要がないが、エンジンの圧縮自着火を容易にすべく、高いオゾン濃度のオゾンガスを発生するオゾンガス発生装置が求められる。さらに、比較的小さなオゾン用電源を用い、かつ、非常にコンパクトなオゾン発生器を有することにより、全体として小型化されたオゾンガス発生装置が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３４３１０５号公報
【特許文献２】特開２００３−１６５７１１号公報
【特許文献３】特開２０１８−２０９３９号公報
【特許文献４】特許第６０１５０４９号公報
【特許文献５】特開２０１７−１３７２０２号公報
【特許文献６】特開２０１７−６０２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示された放電式オゾンガス発生装置においては、広範囲のオゾン濃度のオゾンガスを発生でき、さらに、投入する放電電力を制御すればオゾン発生量も容易に制御できるため、広い産業分野で使用されている。
【００１１】
しかしながら、放電方式を採用したオゾン生成部は、高電界を有した誘電体バリア放電や誘電体沿面放電を利用してオゾンガスを生成しているため、誘電体を介して高電界の放電を誘起させる必要がある。このため、オゾン生成部に印加する電圧は数ｋＶの高電圧にする必要があり、この高電圧を印加させても、絶縁破壊を起こさない丈夫なオゾン発生器にする必要があった。また、オゾン発生器の放電面での電子やイオンによる放電スパッタや不要なプラズマ反応等で発生する不純物を抑制する必要がある。このため、オゾン生成部の構成材料を選択したり、原料ガスを制限したりする措置が必要であった。
【００１２】
また、オゾンガスを生成するためには、高エネルギーの放電の形成とともに、放電で発した放電熱を取り去るための冷却機能を高める必要があり、投入した放電電力の大半（約８０％以上）は冷却で消費されるなどの問題点もあった。
【００１３】
また、オゾン発生器では、所望のオゾンガスを得るためのガス圧力条件や放電空間のギャップ長条件、冷却構造条件、高電圧印加対応条件等、様々な制約があるため、結果としてオゾン発生器の規模が大きくなったり、複雑な構造が必要となったりするため、コストが高くなる問題点があった。
【００１４】
さらに、放電を発生させるため、高電圧な高周波交流電圧を出力する電源を用いる必要があった。このため、電源内に高電圧を出力できるトランス等の昇圧機能が必要となり、オゾンを発生させるためのオゾン電源の規模が大きくなる。このように、放電式オゾンガス発生装置では、大規模、高価、高機能な電源が必要となる。
【００１５】
特許文献２、特許文献３に開示された光源式オゾンガス発生装置においては、放電式オゾンガス発生装置に比べ、比較的クリーンなオゾンガスが生成できると言われている。
【００１６】
しかし、光源式オゾンガス発生装置は、低圧水銀ランプや特殊なエキシマランプを用いた紫外光照射を行うため、ランプからの紫外光エネルギーを高めることができず、高濃度、かつ、大発生量のオゾンガスの生成は困難であり、出力するオゾンガスの制御性も悪いという問題点があった。
【００１７】
また、光源式オゾンガス発生装置では、特定の紫外光を効率良く原料ガスに照射できないなどの様々な問題点がある。そのため、光源式オゾンガス発生装置を利用するアプリケーション市場が限定されてしまう等の多くの問題点があった。
【００１８】
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、高濃度なオゾンガスを比較的大容量で出力することができ、かつ、電源が供給する駆動電圧を高くすることなく、装置全体の小型化を図ったオゾンガス発生装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明に係る請求項１記載のオゾンガス発生装置は、酸素ガスを含んだ原料ガスを受け、オゾンガスを発生する光源式オゾン発生セルを有するオゾン発生器と前記光源式オゾン発生セルに駆動電圧を出力する電源とを備えるオゾンガス発生装置であって、前記光源式オゾン発生セルは、点灯時に、所定範囲の波長を有する照射光を照射する光源部と、前記光源部と対向して設けられ、前記光源部からの照射光を受ける光触媒膜とを含み、前記光触媒膜と前記光源部との間に形成される空間は原料ガスが通過するオゾン生成空間として規定される。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載の本願発明であるオゾンガス発生装置において、光源式オゾン発生セルを構成する光触媒膜は、光源部と対向して設けられ、光源部との間にオゾン生成空間を形成し、原料ガスが通過する流路面となる。そして、光触媒膜は、所定範囲の波長を有する照射光を光源部から受けることにより、光触媒状態に活性化される。
【００２１】
その結果、活性化された光触媒膜によって、原料ガスに含まれる酸素分子が効率良く酸素原子に解離されるため、本願発明のオゾンガス発生装置は、高濃度なオゾンガスを比較的大容量で出力することができる効果を奏する。また、放電を伴わないオゾン発生のため、オゾン発生器内のガス圧力やギャップ空間の制約条件を比較的緩い制約で製作することができる効果を奏する。
【００２２】
加えて、光源式オゾン発生セルは光源部及び光触媒膜を主要構成部としているため比較的コンパクトに構成することができ、光源式オゾン発生セルに供給する駆動電圧は光源部の照射光が照射するに十分な電圧値であれば良い。このため、電源も比較的コンパクトに構成することができる。
【００２３】
その結果、請求項１記載の本願発明であるオゾンガス発生装置は、電源が供給する駆動電圧を高くすることなく、かつ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２４】
この発明について、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明による実施の形態１であるオゾンガス発生装置の全体構成を示す説明図である。
【図２】図１で示した励起用光照射ユニット及びその周辺の平面構造を示す平面図である。
【図３】図１で示した光触媒ユニットの平面形状を示す平面図である。
【図４】図３で示したＬＥＤ光源群の間欠動作を模式的に示す説明図である。
【図５】放電式オゾン発生検証試験器Ｉの構成を模式的に示す説明図である。
【図６】放電式オゾン発生検証試験器ＩＩの構成を模式的に示す説明図である。
【図７】放電式オゾン発生検証試験器Ｉ及びＩＩにおけるオゾン濃度生成立上特性を示すグラフである。
【図８】この発明による実施の形態２であるオゾンガス発生装置における励起用光照射ユニット及びその周辺の平面形状を示す平面図である。
【図９】実施の形態２における２系統のＬＥＤ光源群の間欠動作を模式的に示す説明図である。
【図１０】実施の形態２の拡張例における３系統のＬＥＤ光源群の間欠動作を模式的に示す説明図である。
【図１１】光源式を採用した同軸式オゾンガス発生装置の構成を示す説明図である。
【図１２】図１１で示すＬＥＤ光源群及びＬＥＤ点灯用電源の内部構成を示す説明図である。
【図１３】オゾンエンジンの構成を示す説明図である。
【図１４】光源式オゾンガス発生装置の内部構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
＜実施の形態１＞
（基本構成）
図１はこの発明による実施の形態１であるオゾンガス発生装置の全体構成を示す説明図である。図２は図１で示した励起用光照射ユニット１及びその周辺の平面構造を示す平面図である。図３は図１で示した光触媒ユニット２Ｈの平面形状を示す平面図である。なお、図１〜図３それぞれにＸＹＺ直交座標系を記している。
【００２７】
図１に示すように、実施の形態１のオゾンガス発生装置は、オゾン発生器５０と励起光源用電源１００とを主要構成部として含んでいる。
【００２８】
オゾン発生器５０は主要構成部として複数の光源式オゾン発生セル対を有している。複数の光源式オゾン発生セル対は積層されており、各光源式オゾン生成セル対は、１つの励起用光照射ユニット１と、励起用光照射ユニット１の両面側に設けられる２つの光触媒ユニット２（２Ｈ，２Ｌ）とを含んでいる。
【００２９】
励起用光照射ユニット１と光触媒ユニット２Ｈとにより、１単位の光源式オゾン発生セルである基本セルＣ１を構成し、励起用光照射ユニット１と光触媒ユニット２Ｌとにより１単位の光源式オゾン発生セルである基本セルＣ２を構成している。そして、基本セルＣ１及びＣ２により一組の光源式オゾン発生セル対を構成している。なお、励起用光照射ユニット１は基本セルＣ１及びＣ２間で共用されている。
【００３０】
励起用光照射ユニット１に対し上方に存在する光触媒ユニット２Ｈは、光触媒基材２１と光触媒基材２１の下面上に形成される光触媒膜２ａとからなる。図３に示すように、光触媒基材２１は円盤状（平面視して円状）に形成され、光触媒膜２ａは光触媒基材２１より少し狭い面積で、光触媒基材２１の下面に収まるように平面視して円状に形成されている。
【００３１】
励起用光照射ユニット１に対し下方に存在する光触媒ユニット２Ｌは、光触媒基材２２と光触媒基材２２の上面上に形成される光触媒膜２ａとからなる。光触媒ユニット２Ｌの光触媒基材２２及び光触媒膜２ａの平面形状は、図３で示した光触媒ユニット２Ｈの光触媒基材２１及び光触媒膜２ａの平面形状と同一である。
【００３２】
なお、光触媒ユニット２Ｈの光触媒基材２１は上方に光源式オゾン発生セル対が存在する場合、上方の光源式オゾン発生セル対の光触媒ユニット２Ｌ用の光触媒基材２２としても機能し、光触媒ユニット２Ｌの光触媒基材２２は下方に光源式オゾン発生セル対が存在する場合、下方の光源式オゾン発生セル対の光触媒ユニット２Ｈ用の光触媒基材２１としても機能する。
【００３３】
光触媒膜２ａは、特定波長範囲（所定範囲）の波長の照射光を吸収すると、光触媒状態に活性化する。特定波長範囲としては、６２０ｎｍ以下の可視光〜約３００ｎｍ程度の範囲が想定される。
【００３４】
各光源式オゾン発生セル（基本セルＣ１あるいは基本セルＣ２）において、光触媒膜２ａはオゾン生成空間３を挟んで、後述する励起用光照射ユニット１のＬＥＤ光源群１ｂに対向して配置されている。
【００３５】
この光触媒膜２ａとしては、上記特定波長範囲（３００ｎｍ以上６２０ｎｍ以下）の波長の照射光を吸収して光触媒状態になるバンドギャップ２．０ｅＶ〜４．０ｅＶの光触媒物質を含んだ物質が望ましい。
【００３６】
特に、それに対応する金属化合物質として、ＣｒＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ｆｅ２ＴｉＯ３，Ｆｅ２Ｏ３，Ｃｒ２Ｏ３，ＰｂＯ，Ｖ２Ｏ５，ＭｏＯ３、ＮｂＯ５、Ｔａ２Ｏ５、ＦｅＴｉＯ３，ＷＯ３，及びＢｉ２Ｏ３が考えられる。
【００３７】
上述した光触媒物質を構成材料とした光触媒膜２ａは、ＬＥＤ光源群１ｂと対向して配置され、光触媒膜２ａ，ＬＥＤ光源群１ｂ間にオゾン生成空間３を形成している。オゾン生成空間３は原料ガスが通過する流路となるため、光触媒膜２ａは原料ガスが通過する流路面となる。
【００３８】
このため、オゾン生成空間３の流路面となる光触媒膜２ａに原料ガスである酸素ガスが接触すると、光触媒膜２ａを構成する光触媒物質が光触媒状態から基底状態に戻る際に酸素ガスを解離させることができる。
【００３９】
このように、実施の形態１では、光触媒膜２ａの構成材料は、バンドギャップが２．０ｅＶ以上４．０ｅＶ以下の特定光触媒物質を含んでいる。したがって、オゾン生成空間３の流路面に上記特定光触媒物質が存在することになる。
【００４０】
光触媒膜２ａの構成材料となる特定光触媒物質は、ＬＥＤ光源群１ｂから照射される、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の特定波長範囲（所定範囲）の波長に設定された照射光であるＬＥＤ光に対し、光吸収をすることにより活性化して光触媒状態になり易い物質である。
【００４１】
このため、実施の形態１の活性ガス生成装置において、光触媒膜２ａの光触媒物質が光触媒状態に活性化している状態で、オゾン生成空間３の流路面となる光触媒膜２ａに原料ガスに含まれる酸素ガスが接触すると、光触媒物質が光触媒状態から基底状態に戻る際に酸素ガスを解離させることができ、オゾンガス発生効率を高めることができる。
【００４２】
そして、特定光触媒物質として、ＣｒＯ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ｆｅ２ＴｉＯ３，Ｆｅ２Ｏ３，Ｃｒ２Ｏ３，ＰｂＯ，Ｖ２Ｏ５，ＭｏＯ３、ＮｂＯ５、Ｔａ２Ｏ５、ＦｅＴｉＯ３，ＷＯ３，及びＢｉ２Ｏ３のうち、少なくとも一つを含ませることが望ましい。
【００４３】
前述したように、各光源式オゾン発生セル対は、基本セルＣ１及びＣ２から構成される。基本セルＣ１及びＣ２はそれぞれ１単位の光源式オゾン発生セルとなる。以下、基本セルＣ１の構造について説明する。
【００４４】
図１及び図２に示すように、励起用光照射ユニット１は冷却・オゾンガス取出基板１ａと、２つのＬＥＤ光源群１ｂと、２組の複数のガス空間用スペーサ１ｃを主要構成部として含んでいる。
【００４５】
（励起用光照射ユニット１）
図２に示すように、光源部用基板である冷却・オゾンガス取出基板１ａは円盤状（平面視して円状）を呈しており、冷却・オゾンガス取出基板１ａの上面上に基本セルＣ１用のＬＥＤ光源群１ｂが設けられる。ＬＥＤ光源群１ｂは複数のＬＥＤ光源面により構成され、図２において略正方形状の領域が１つのＬＥＤ光源面に対応する。
【００４６】
ＬＥＤ光源群１ｂ上に選択的に基本セルＣ１用の複数のガス空間用スペーサ１ｃが離散して設けられ、複数のガス空間用スペーサ１ｃにより、光触媒ユニット２Ｈとの間にオゾン生成空間３を設けることができる。
【００４７】
基本セルＣ２も、基本セルＣ１と同様の構造を呈している。すなわち、冷却・オゾンガス取出基板１ａの下面上に基本セルＣ２用のＬＥＤ光源群１ｂが設けられ、ＬＥＤ光源群１ｂ下に選択的に基本セルＣ２用の複数のガス空間用スペーサ１ｃが離散して設けられ、複数のガス空間用スペーサ１ｃにより、光触媒ユニット２Ｌとの間にオゾン生成空間３を設けることができる。
【００４８】
なお、基本セルＣ２用のＬＥＤ光源群１ｂ及びガス空間用スペーサ１ｃは冷却・オゾンガス取出基板１ａに対して下方に設けられる点を除き、基本セルＣ１用のＬＥＤ光源群１ｂ及びガス空間用スペーサ１ｃと同一形状を呈している。
【００４９】
このように、基本セルＣ１及びＣ２を有する光源式オゾン発生セル対が多段に積層させた状態で基台１０上に載置され、かつ、複数の光源式オゾン発生セル対全体が発生器カバー１１で覆われている。
【００５０】
発生器カバー１１は一面を削除した概略の箱状を成し開口周縁部に設けられたフランジをカバー締付けボルト（図示せず）で基台１０に締着されている。発生器カバー１１の開口周縁部と基台１０との間には、Ｏリング（図示せず）が挟まれており発生器カバー１１と基台１０とが形成する内部空間は密閉構造とされている。
【００５１】
基台１０には、この内部空間に、高純度酸素ガス等の原料ガスを供給する原料ガス入口３１が設けられている。原料ガス入口３１から供給された原料ガスＧＩＮは、発生器カバー１１内の内部空間に充満され、複数の光源式オゾン発生セルそれぞれのオゾン生成空間３の間隙に入り込む。
【００５２】
基台１０には、オゾン生成空間３にて生成されたオゾンガスをオゾン発生器５０からオゾン取出しブロック８を介して外部に出すオゾンガス出口３２が設けられる。さらに、基台１０には、複数の光源式オゾン発生セルを冷却する冷却水が出入りする冷却水入出口３３が設けられる。オゾンガス出口３２は、基台１０に設けられたオゾンガス通路の端部開口となる。これらオゾンガス出口３２及び冷却水入出口３３は互いに独立して設けられている。
【００５３】
（冷却機能）
光源部用基板である冷却・オゾンガス取出基板１ａの内部には、冷却・オゾンガス取出基板１ａの上面及び下面を冷却するための冷却機能と、生成したオゾンガスを集めるためのオゾン取出機能とを有している。
【００５４】
冷却機能として、冷却・オゾンガス取出基板１ａの内部に冷媒を流通させることができる冷媒流通溝（図示せず）が設けられる。具体的には、冷却水入出口３３から供給される冷媒である冷却水ＷINを、冷却ブロック７を介して励起用光照射ユニット１に供給する。すると、励起用光照射ユニット１内の上記冷媒流通溝を冷却水が循環することにより、励起用光照射ユニット１の上面及び下面を冷却する冷却機能が発揮される。冷却水は上記冷媒流通溝を循環した後、再び、冷却ブロック７を介して冷却水入出口３３から冷却水ＷOUTとして外部に戻される。なお、冷却水入出口３３は冷却水ＷINの流入と冷却水ＷOUTの流出とが分離できる態様で設けられる。ここでは、冷却用の冷媒として冷却水を用いたが、冷媒用のガスや空気を供給することで、冷却機能を実現させても、同等の効果が得られる。
【００５５】
なお、冷却ブロック７は、マニホールドブロック７１〜７３の組合せにより、複数の光源式オゾン発生セル対それぞれの冷却・オゾンガス取出基板１ａに冷却水が供給されるように設けられる。
【００５６】
具体的には、複数の冷却・オゾンガス取出基板１ａそれぞれに対し、上方にマニホールドブロック７１を設け、下方にマニホールドブロック７２を設け、冷却・オゾンガス取出基板１ａを挟んでいる。さらに、冷却水入出口３３の直上にマニホールドブロック７３を設けている。このように、マニホールドブロック７１〜７３の組合せにより冷却ブロック７を構成している。なお、マニホールドブロック７１及び７２は、冷却・オゾンガス取出基板１ａの個数に合致してそれぞれ複数存在する。マニホールドブロック７１〜７３で冷却水を分流させ、各セルに供給され、各セルから熱を取り去った冷却水は合流させ、最終的にマニホールドブロック７１〜７３から取出される。
【００５７】
マニホールドブロック７１〜７３は、上述したように複数の冷却・オゾンガス取出基板１ａを挟み込みつつ、冷却ブロック押え棒７ａによって締め付けた構成にしている。
【００５８】
また、冷却ブロック７に形成される冷却通路では、冷媒シールド材を用いてシールド処理を施す必要があるが、その説明のための図面の明示及び説明は省略する。
【００５９】
このように、実施の形態１のオゾンガス発生装置は、光源部であるＬＥＤ光源群１ｂを搭載する、光源部用基板である冷却・オゾンガス取出基板１ａは内部に冷却機能を有している。
【００６０】
したがって、実施の形態１のオゾンガス発生装置は、冷却・オゾンガス取出基板１ａによってＬＥＤ光源群１ｂが高温にならないように冷却することができる。
【００６１】
このように、光源部であるＬＥＤ光源群１ｂを搭載する冷却・オゾンガス取出基板１ａ内に水冷等の冷却機能を設けることにより、ＬＥＤ光源群１ｂの点灯に伴うＬＥＤ光源自身の発熱による温度上昇を冷却によって熱を取り去ることで、照射するＬＥＤ光における光強度の不安定性を防止することができ、安定な光を光触媒膜２ａに照射できる。その結果、実施の形態１のオゾンガス発生装置は、安定した長寿命の光源式オゾン発生セルを有することができる。
【００６２】
（オゾンガス取出機能）
次に、生成したオゾンガスを集め取出すオゾン取出機能について説明する。複数の光源式オゾン発生セル対それぞれで生成したオゾンガスは、冷却・オゾンガス取出基板１ａの中央に集められた後、中央部に設けられた開口部１５から冷却・オゾンガス取出基板１ａの内部にオゾンガスを流通させる。その後、冷却・オゾンガス取出基板１ａ内を流通したオゾンガスは、光源式オゾン発生セルの周囲に設けたオゾン取出しブロック８を介して、最終的にオゾンガス出口３２からオゾンガスＧOUTとして取り出される。このように、実施の形態１のオゾンガス発生装置はオゾンガス取出機能を有している。
【００６３】
なお、オゾン取出しブロック８は、マニホールドブロック８１〜８３の組合せにより、複数の光源式オゾン発生セル対それぞれのオゾンガスがオゾンガスＧOUTとして出力されるように設けられる。
【００６４】
具体的には、複数の冷却・オゾンガス取出基板１ａそれぞれに対し、上方にマニホールドブロック８１を設け、下方にマニホールドブロック８２を設け、冷却・オゾンガス取出基板１ａを挟んでいる。さらに、オゾンガス出口３２の直上にマニホールドブロック８３を設けている。このように、マニホールドブロック８１〜８３の組合せによりオゾン取出しブロック８を構成している。なお、マニホールドブロック８１及び８２は冷却・オゾンガス取出基板１ａの個数に合致してそれぞれ複数存在する。各セルで生成したオゾンガスは、マニホールドブロック８１〜８３に集められ取り出される。
【００６５】
上述したように、オゾン取出しブロック８を構成するマニホールドブロック８１〜８３は、複数のオゾンガス取出し基板１aを挟み込んだ状態にし、この状態でオゾン取出しブロック押え棒８ａを用いて締め付けた構成にしている。
【００６６】
また、オゾン取出しブロック８内に形成されるオゾンガス取出し通路（図示せず）では、当然ながらオゾンガスの耐オゾン性のガスシールド材を用いてオゾンガスシールド処理を施す必要があるが、その説明のための図面の明示及び説明は省略する。
【００６７】
図２に示すように、冷却・オゾンガス取出基板１ａの一方側面側（図中、＋Ｙ方向側）には、冷却水を供給するための冷却ブロック７が設けられており、他方側面側（図中、−Ｙ方向側）にはオゾンガス取出すためのオゾン取出しブロック８が設けられている。
【００６８】
図２に示すように、冷却ブロック７及びオゾン取出しブロック８は冷却・オゾンガス取出基板１ａを挟んで、平面視して互いに対向する羽根構造を呈している。このため、冷却ブロック７を冷却羽構造と呼び、オゾン取出しブロック８をガス取出し羽構造と呼ぶ場合がある。
【００６９】
前述したように、冷却水入出口３３から供給される冷却水ＷINは冷却ブロック７を貫通して設けられた冷却水流路７５を介して冷却・オゾンガス取出基板１ａ内の入力流路となる冷媒流通溝を流れる。その結果、各光源式オゾン発生セルにおいて、ＬＥＤ光源群１ｂが冷却され、ＬＥＤ光源群１ｂの点灯時に生じる発熱による温度上昇が抑制される。
【００７０】
その後、冷却・オゾンガス取出基板１ａ内に設けられた出力流路となる冷媒流通溝から冷却ブロック７を貫通して設けられた冷却水流路７６を介して冷却水入出口３３から冷却水ＷOUTとして取り出される。
【００７１】
一方、図２の太字の矢印で示すように、各光源式オゾン発生セル対の励起用光照射ユニット１の両面周囲から中心部に向けて原料ガスが流れ、オゾン生成空間３を通過したガス（オゾンガス）は、中央の開口部１５に集められ、冷却・オゾンガス取出基板１ａの内部に設けたオゾンガス取出用溝を介してオゾンガスＧOUTとしてオゾン取出しブロック８に向かう。
【００７２】
その後、オゾンガスは、オゾン取出しブロック８を貫通して設けられたオゾンガス流路８８を介してオゾンガス出口３２からオゾンガスＧOUTとして出力される。
【００７３】
さらに、オゾン発生器５０は、より多くのオゾンガスを取り出せるために、上述したように、基台１０上に複数の光源式オゾン発生セルを積層させている。
【００７４】
複数の光源式オゾン発生セル対の上方から基台１０にかけて、押え基材４、押えばね５、及びセル押え板６をセル押え棒６ａによって押圧し、複数の光源式オゾン発生セル対を締め付けて基台１０に取り付ける構成にしている。また複数の光源式オゾン発生セル対の積層構成では、一部ガスシールド材を施す部分もあるが、その構成については図面の明示及び説明は省略する。
【００７５】
上述したように、実施の形態１のオゾンガス発生装置におけるオゾン発生器５０は、１単位の光源式オゾン発生セルである基本セルＣ１（あるいは基本セルＣ２）を有している。基本セルＣ１はＬＥＤ光源群１ｂと光触媒膜２ａとを基本構成として有している。
【００７６】
ＬＥＤ光源群１ｂは、点灯時に、特定波長範囲の波長を有する照射光であるＬＥＤ光を照射する光源部である。光触媒膜２ａは、原料ガス流路となるオゾン生成空間３を挟んで、ＬＥＤ光源群１ｂと対向して設けられ、ＬＥＤ光源群１ｂからのＬＥＤ光を受ける。したがって、光触媒膜２ａがオゾン生成空間３に露出している面が原料ガス流路の流路面となる。
【００７７】
なお、ＬＥＤ光源群１ｂが照射するＬＥＤ光の特定波長範囲（所定範囲）は、前述したように、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下に設定している。
【００７８】
上述したように、実施の形態１のオゾンガス発生装置において、光源式オゾン発生セルを構成する光触媒膜２ａは、光源部であるＬＥＤ光源群１ｂと対向して設けられ、ＬＥＤ光源群１ｂとの間にオゾン生成空間３を形成し、原料ガスが通過する流路面となる。
【００７９】
さらに、実施の形態１のオゾンガス発生装置において、光源式オゾン発生セルを構成する光触媒膜２ａは、ＬＥＤ光源群１ｂからのＬＥＤ光を受ける。このため、光触媒膜２ａは照射光によって光触媒状態に活性化される。
【００８０】
すなわち、ＬＥＤ光源群１ｂに対向する光触媒膜２ａの露出面である光触媒面に、ＬＥＤ光源群１ｂからのＬＤＥ光を受ける。したがって、光触媒面の全面でＬＥＤ光が吸収され、光触媒状態に活性化される。
【００８１】
したがって、活性化された光触媒膜２ａの光触媒面（原料ガスの流路面）によって、原料ガスに含まれる酸素分子が効率良く酸素原子に解離されるため、実施の形態１のオゾンガス発生装置は、短波長である紫外光源を用いず、比較的長波長の可視光〜紫外光（３００ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長範囲の光）を発する光源を用いることで、各光源式オゾン発生セルから高濃度なオゾンガスを比較的大容量で出力することができる効果を奏する。また、実施の形態１のオゾンガス発生装置は、放電を伴わないオゾン発生のため、オゾン発生器内のガス圧力やギャップ空間の制約条件を比較的緩い制約で製作することができる効果を奏する。
【００８２】
以下、この点を詳述する。原料ガス入口３１から酸素ガスＧINとして供給された原料ガスは、ガス供給用カバー１１の内部空間に取り込まれる。その後、複数の光源式オゾン発生セル対それぞれの外周周辺から各光源式オゾン発生セルのオゾン生成空間３に原料ガスが供給される。
【００８３】
ＬＥＤ光源群１ｂから、比較的長波長の可視光〜紫外光（３００ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長範囲の光）を発するＬＥＤ光による光照射によって、光触媒膜２ａが活性化する。すると、原料ガスに含まれる酸素ガスがオゾン生成空間３の流路面（光触媒膜２ａの光触媒面）に接触することにより、酸素ガスが解離される。その結果、解離された酸素ガスと酸素分子とエネルギー授受に寄与する第三物質（壁等）との三体衝突反応が促進され、オゾン生成空間３でオゾンガスを生成することができる。
【００８４】
オゾン生成空間３で生成したオゾンガスは、前述したように、各光源式オゾン発生セル対の中心部に集められ、冷却・オゾンガス取出基板１ａの内部に設けたオゾンガス取出用溝を介して、オゾン取出しブロック８のガス取出し通路に導かれる。
【００８５】
オゾン取出しブロック８は、複数個の冷却・オゾンガス取出基板１ａを挟み込んだ構成にすることで、各光源式オゾン発生セル対で生成したオゾンガスを内部のオゾンガス流路８８で合流させる。その後、オゾンガスは、オゾン取出しブロック８のオゾンガス流路８８を介して、オゾンガス出口３２からオゾンガスＧOUTとして外部に出力される。
【００８６】
励起光源用電源１００は、複数の光源式オゾン発生セル（基本セルＣ１あるいは基本セルＣ２）それぞれに出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂを出力する電源である。
【００８７】
基台１０に設けた光源用電気供給ブッシング９は、励起光源用電源１００から出力した出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂを各光源式オゾン発生セルに設置したＬＥＤ光源群１ｂそれぞれに供給するための中継端子である。
【００８８】
次に、複数の光源式オゾン発生セル対を含むオゾン発生器５０によるオゾンガスの生成動作について説明する。
【００８９】
励起用光照射ユニット１と光触媒ユニット２（２Ｈ，２Ｌ）とを所定ギャップ長のオゾン生成空間３を介して対向配置し、このオゾン生成空間３に酸素ガスを含む原料ガスを流通させる。
【００９０】
同時に、励起用光照射ユニット１のＬＥＤ光源群１ｂは、光源用電気供給ブッシング９を介して、励起光源用電源１００からＬＥＤ光源面を点灯するための出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂを受ける。すると、ＬＥＤ光源群１ｂから特定波長範囲（３００ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長範囲）の比較的長波長の可視光〜紫外光を発するＬＥＤ光が照射光として光触媒膜２ａに向けて照射される。光触媒膜２ａは特定波長範囲の波長を有するＬＥＤ光を吸収して、光触媒状態に活性化する。
【００９１】
そして、オゾン生成空間３が光触媒状態から基底物質に戻る際に、オゾン生成空間３を通過した酸素ガスと接触した酸素分子を酸素原子に解離させる。この際、この光触媒膜２ａで解離した酸素原子と酸素ガスとの衝突反応も同時に生じることにより、オゾン生成空間３内にオゾンガスが生成される。
【００９２】
また、ＬＥＤ光源群１ｂは、ＬＥＤ点灯に伴い供給した電力の一部は熱として費やされ、特定波長範囲の波長を有し、比較的長波長の可視光〜紫外光を発するＬＥＤ光を照射する。また、照射された一部の光エネルギー光触媒膜２ａに吸収されずに熱として消費され、励起用光照射ユニット１や光触媒膜２ａを加熱させることにもなる。
【００９３】
励起用光照射ユニット１や光触媒膜２ａが加熱される。そうすると、ＬＥＤ光源群１ｂから照射されるＬＥＤ光の発光強度を弱めるだけでなく、生成したオゾンガスを熱分解させてしまう恐れがある。また、光触媒膜２ａが加熱され許容温度以上になると、励起した光触媒能力を低下させることにもなる。
【００９４】
励起用光照射ユニット１は前述したように水冷の冷却機能を有しているため、この冷却機能により、ＬＥＤ光源群１ｂで発熱した熱を取り去ることで、オゾンガスの生成量をより高められるようにしている。
【００９５】
このように、連続的に所定のガス流量で酸素ガスを含む原料ガスを供給し、かつ、ＬＥＤ光源群１ｂからＬＥＤ光を継続的に照射するようにすれば、光触媒膜２ａは常時、照射光であるＬＥＤ光によって光触媒状態に保つことができ、一定量の酸素解離で酸素原子が生成され続けるため、オゾン生成空間３においてオゾンガスを安定して生成することができる。
【００９６】
その後、オゾン生成空間３で生成されたオゾンガスは、励起用光照射ユニット１の中央部の開口部１５に集められ、励起用光照射ユニット１内に設けられたガス取出し用溝を通り、オゾン取出しブロック８まで導かれ、オゾン取出しブロック８内のオゾンガス流路８８を介して、最終的にオゾンガス出口３２からオゾンガスＧOUTとして取り出される。
【００９７】
加えて、光源式オゾン発生セルである基本セルＣ１（Ｃ２）は、光源部であるＬＥＤ光源群１ｂ及び光触媒膜２ａを主要構成部としているため比較的コンパクトに構成することができる。また、光源式オゾン発生セルに供給する駆動電圧である出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂは、ＬＥＤ光源群１ｂから照射光であるＬＥＤ光を照射するに十分な電圧値（数十Ｖ未満）であれば良い。このため、励起光源用電源１００も比較的コンパクトに構成することができる。
【００９８】
その結果、実施の形態１のオゾンガス発生装置は、励起光源用電源１００が供給する出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂを高くすることなく、かつ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００９９】
以上、実施の形態１のオゾンガス発生装置におけるオゾン生成の動作について示したが、ＬＥＤ光源群１ｂの点灯強度や状態で取り出せるオゾンガス濃度が変化する。
【０１００】
オゾン生成反応には、酸素ガスから解離させる能力で酸素原子を生成する第１のオゾン生成工程と、解離した酸素原子と酸素ガスとの衝突でオゾンガスを生成する第２のオゾン生成工程とを含む。上述した第１及び第２のオゾン生成工程が同時に光源式オゾン発生セル内で生じている。
【０１０１】
第１のオゾン生成工程の促進のためには、ＬＥＤ光源群１ｂによるＬＥＤ光の照射による光触媒作用が必要である。しかしながら、ＬＥＤ光を照射させると、光触媒作用により酸素ガスの解離促進だけでなく、生成したオゾンガスがＬＥＤ光によって酸素ガスに戻る現象が若干ではあるが生じるため、第２のオゾン生成工程にとっては必ずしも望ましく無い。
【０１０２】
したがって、ＬＥＤ光源群１ｂを常に点灯させる場合、取出せるオゾン濃度を効率的に高まることができず、取出せるオゾンガス量が少なくなることが懸念される。この懸念材料を解消するため、ＬＥＤ光源群１ｂをできるだけ高周波で間欠点灯させ、点灯時に第１のオゾン生成工程の光触媒作用を促進させ、消灯時に第２のオゾン生成工程の分子結合作用のみを促進させるようにする。ＬＥＤ光源群１ｂの間欠点灯により、実施の形態１のオゾンガス発生装置は、より高濃度で高オゾン量のオゾンガスを取り出す効果を発揮することができる。
【０１０３】
図４はＬＥＤ光源群１ｂの間欠動作を模式的に示す説明図である。同図(a) に示すように、複数のＬＥＤ光源面の集合体によりＬＥＤ光源群１ｂが構成される。ＬＥＤ光源群１ｂを構成する全てのＬＥＤ光源面に対し、同図(b) に示すように、点灯期間Ｔ１（ＯＮ電圧）と消灯期間Ｔ０（ＯＦＦ電圧）を指示する出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂが付与される。例えば、出力電圧Ｖ１Ｂを接地レベルに固定して、出力電圧Ｖ１Ａを同図(b) に示すように、ＯＮレベル、ＯＦＦレベル間を変化させることにより、同図(b) で示す出力波形を得ることができる。
【０１０４】
このように、励起光源用電源１００は、光源部であるＬＥＤ光源群１ｂに駆動電圧である出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂを付与する光源用電源であり、出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１ＢによってＬＥＤ光源群１ｂの点灯／消灯が制御される。
【０１０５】
そして、励起光源用電源１００は、ＬＥＤ光源群１ｂの点灯期間及び消灯期間が繰り返し、ＬＥＤ光源群１ｂが時分割で間欠点灯するように、出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂを出力している。
【０１０６】
したがって、実施の形態１のオゾンガス発生装置におけるオゾン発生器５０は、ＬＥＤ光源群１ｂの点灯期間Ｔ１において、光触媒膜２ａが活性化されることにより、酸素ガスを解離させる工程である第１のオゾン生成工程の光触媒作用が促進される。一方、ＬＥＤ光源群１ｂの消灯期間Ｔ０において、酸素原子と酸素分子との衝突によりオゾンガスを生成する第２のオゾン生成工程の分子結合作用のみが促進される。
【０１０７】
このように、オゾン発生器５０は、ＬＥＤ光源群１ｂの点灯期間及び消灯期間を繰り返して、第１及び第２のオゾン生成工程を適宜繰り返すことにより、オゾンが分解する現象を効果的に抑制して効率的にオゾンガスを生成することができる。
【０１０８】
次に、本願発明のオゾンガス発生装置として光源方式を採用した経緯について説明する。
【０１０９】
放電方式を採用した従来の放電式オゾン発生器は、一般に誘電体バリア放電を用いており、誘電体バリア放電の非平衡な高電界プラズマの電子エネルギーを有する電子で、生成するオゾンのほとんどが生成できると信じられてきた。
【０１１０】
特に、放電中の電子によって、ある程度のオゾン濃度が得られることは以前から明らかにされており、放電中の電子によってオゾンガスが生成できるメカニズムは、様々な技術文献で開示されている。また、１００ｇ／ｍ３（４６７００ｐｐｍ）を超えるような高濃度オゾンガスを生成するオゾン生成メカニズムにおいても、上述した様々な技術文献を基にした演繹解釈法によって、放電電子による高濃度オゾンが生成すると解釈されてきた。
【０１１１】
近年、放電式オゾン発生器は、２００ｇ／ｍ３（９３４００ｐｐｍ）を超える超高濃度なオゾンガスが生成できるようになり、さらに、原料ガスである酸素ガス自身の超高純度酸素ガスが得られることになり、生成される高濃度オゾンガスのほとんどが電子によるオゾン生成メカニズムで行われていると解釈することが疑わしくなってきた。
【０１１２】
そこで、我々の試験では、放電により高濃度オゾンガスが発生できるメカニズムを解明するため、原料ガス種、放電面状態及び放電面材質等の試験条件を可変させた場合において図５及び図６の電極構成での電極に印加させる電圧［インバータ出力（INV.出力）］に対応して生成されるオゾン濃度の立上応答性について、図５及び図６で測定し、明らかにした。放電式オゾン発生検証器での詳細結果として、図７の測定結果を示す（図７の説明は後述する。）。
【０１１３】
図５及び図６は、高濃度なオゾンガスが生成できるメカニズムを解明するためのオゾン発生器の電極構成とオゾン濃度検出器とによる試験構成を模式的に示す放電式オゾン発生検証試験器Ｉ及びＩＩを示す説明図である。
【０１１４】
図５に示すように、高電位側（Ｈ．Ｖ）の電極が高圧電極２１０１及び誘電体２１０３により構成され、低電位側（Ｌ．Ｖ）の電極が低圧電極２１０２及び不導体絶縁体膜２１０４ａにより構成されている。つまり、放電式オゾン発生検証試験器Ｉは、放電光等によって化学変化がない不導体絶縁体膜２１０４ａを内部の放電面材料としたオゾン発生器の検証器である。
【０１１５】
図６に示すように、高電位側（Ｈ．Ｖ）の電極が高圧電極２１０１及び誘電体２１０３により構成され、低電位側（Ｌ．Ｖ）の電極が低圧電極２１０２及び光触媒絶縁膜２１０４ｂにより構成されている。つまり、放電式オゾン発生検証試験器ＩＩは、放電光等の光を吸収して、材料表面が活性化状態になる光触媒絶縁膜２１０４ｂで構成したオゾン発生器の検証器である。
【０１１６】
図５及び図６で示すＴｄ（ｓ）は、オゾン発生器からオゾン濃度検出器８５までのガス配管体積と試験時のガス流量Ｑで求まるオゾン濃度検出遅れ時間を示している。出力信号（高電圧交流電圧）ＳＡから検出した高電圧の立上特性を図７の出力信号（高電圧交流電圧）特性Ａで示す。出力信号（高電圧交流電圧）に対応した濃度立上応答特性Ｂに関し、オゾン濃度検出器８５で測定した濃度立上応答特性Ｂ（ｔ）からオゾン濃度検出遅れ時間Ｔｄ（ｓ）を差し引いた濃度立上応答特性Ｂ（ｔ−Ｔｄ）がオゾン発生器自身のオゾン濃度立上応答特性を示していることになる。つまり、図５、図６で示す放電面材料構成での放電面状態のオゾン発生器自身のオゾン濃度立上応答特性Ｂ（ｔ−Ｔｄ）とガス種と放電面材質の違いによるオゾン発生器自身のオゾン濃度立上応答特性Ｂ（ｔ−Ｔｄ）とを図７のＢ１０、Ｂ２０、Ｂ３０で示している。
【０１１７】
図５及び図６で示すオゾン発生器に供給する条件を以下のように設定した場合の特性が図７の特性である。原料ガスとして、それぞれガス流量１Ｌ／ｍｉｎを流し、オゾン発生器に注入する放電の出力５００Ｗを投入して、注入する出力信号ＳＡの立上応答性Ａとオゾン濃度検出遅れ時間Ｔｄ（ｓ）を加味したオゾン濃度立上応答特性Ｂ（ｔ−Ｔｄ）とを対数時間軸でグラフ化している。ちなみに、ガス流量１Ｌ／ｍｉｎに流した場合のオゾン発生器からオゾン濃度検出器８５で濃度検出のオゾン濃度検出遅れ時間Ｔｄ（ｓ）は、４．１６（ｓ）であった。
【０１１８】
図５及び図６それぞれにおいて、高電圧交流電源１２００は、高圧電極２１０１，低圧電極２１０２間に交流電圧を付与している。したがって、高電圧交流電源１２００から高圧電極２１０１と低圧電極２１０２との間に交流電圧が誘電体２１０３を介して印加させることにより、放電空間２１０５に誘電体バリア放電が形成される。これに伴い、放電空間２１０５に原料ガス６１０、６２０及び６３０のうち一の原料ガスを供給することで高濃度なオゾンガス６２が生成され、外部に出力され取り出される。
【０１１９】
放電式オゾン発生検証試験器Ｉ、ＩＩから配管で所定長さ経た配置にオゾン濃度検出器８５が設けられており、このオゾン濃度検出器８５で、オゾン発生器内で生成された高濃度のオゾンガス６２の濃度が検出され、オゾン濃度信号ＳＢとして検出され高濃度のオゾンガスの立上応答性Ｂが検出できる。また、オゾンを生成するための交流電圧に関し、出力信号ＳＡから出力信号（高電圧交流電圧）のステップ応答信号として立上応答性Ａが検出される。この立上応答性Ａ及びオゾン濃度信号ＳＢはサンプル時間をミリ秒オーダで測定できるメモリハイコーダに取り込まれ、立上応答性Ａに対する生成されたオゾン濃度信号ＳＢの濃度立上応答特性Ｂを厳密に計測している。
【０１２０】
オゾンガスが生成できるメカニズムを検証するには、どのような要因でオゾンガスが生成されているかを見極める必要がある。そのためには、実際の高濃度オゾン発生が可能な２つのタイプのオゾン発生器を検証すべく、オゾン発生検証器Ｉ、ＩＩに印加する出力の立上応答に対し、生成するオゾンガス濃度の立上応答性を詳細に試験で検証することが重要であり、この検証によってオゾン生成の起因要素がほぼ断定できると判断した。
【０１２１】
したがって、出力信号ＳＡから検出された出力信号（高電圧交流電圧）のステップ応答信号である立上応答性Ａに対応して、生成されるオゾン濃度信号ＳＢで濃度立上応答特性Ｂを解析すれば、オゾン生成に起因する要素を明確になる。また、電子による濃度の生成シミュレーション結果（理論仮定）と実測結果とを考察をすることで、高濃度オゾンガスの生成できるメカニズムにおける放電電子に起因したオゾン生成の有無が明らかになると判断した。
【０１２２】
図５は、発生器内の放電面材料を放電光等によって導電率の変化が小さい不導体絶縁体膜２１０４ａで構成した放電式オゾン発生検証試験器Ｉの試験構成を示している。放電面の物理的影響のない状態にして、この放電式オゾン発生検証試験器Ｉに原料ガスとして、酸素ガスに５００ｐｐｍの窒素ガスを添加した原料ガス(酸素＋５００ｐｐｍ窒素ガス)である原料ガス６１０もしくは、酸素ガスに１８．４ｐｐｍの二酸化窒素ガスを添加した原料ガス(酸素＋１８．４pｐｍの二酸化窒素ガス)である原料ガス６２０のみを供給した場合のオゾン生成効果を測定した。さらに、上述した原料ガス供給ケースにおける検証試験器Ｉから取出せるオゾン濃度の立上を測定した。
【０１２３】
さらに、図６は、放電光等によって導電率が下がる光触媒絶縁膜２１０４ｂで構成した放電式オゾン発生検証試験器ＩＩの試験構成を示している。この放電式オゾン発生検証試験器ＩＩに原料ガスとして、酸素ガスに０ｐｐｍの窒素ガスを添加した高純度酸素ガス原料ガス(酸素＋０ｐｐｍ窒素ガス)である原料ガス６３０を検証試験器ＩＩに供給して、添加物のガスの影響を極力小さくした原料ガスにして、放電面の光触媒絶縁膜のみのオゾン生成効果を測定し、その場合における取出せるオゾン濃度の立上を測定した。
【０１２４】
図５で示す電極構成でのガス種の違いによるオゾン濃度生成立上特性を図７の特性Ｂ１０（原料ガス６１０の場合）及び特性Ｂ２０（原料ガス６２０の場合）で示している。
【０１２５】
また、図６で示す光触媒絶縁膜２１０４ｂを塗布した電極構成で、高純度酸素ガスである原料ガス６３０を供給したオゾン濃度生成立上特性を図７の特性Ｂ３０を示している。
【０１２６】
図７は、放電面材料を不導体絶縁体膜２１０４ａで構成した放電式オゾン発生検証試験器Ｉ（図５）においてガス種を変更した場合のオゾン濃度生成の立上応答特性Ｂ１０及び特性Ｂ２０と、放電面材料を光触媒絶縁膜２１０４ｂで構成したオゾン発生器（図６）におけるオゾン濃度生成の立上応答特性Ｂ３０を示すグラフである。
【０１２７】
図７の立上応答性Ａは出力信号ＳＡのインバータ出力信号（ＩＮＶ）として立上特性（％）を示している。
【０１２８】
オゾン濃度立上特性領域１０００ａは、印加電圧の立上に対し、一番早く応答してオゾンが生成しており、放電式オゾン発生検証試験器Ｉ、ＩＩで実測試験をした結果から電子によるオゾン濃度立上特性を示す。
【０１２９】
特性Ｂ１０は、放電面材料を不導体絶縁体膜２１０４ａで構成した検証試験器Ｉ（図５）において、放電面として、高純度酸素ガス(酸素＋０％窒素ガス)ガスで放電後（放電面の脱ガス処理後）の放電面で、再度、酸素に微量の窒素ガスを添加した(酸素＋５００ｐｐｍ窒素ガス)ガスの原料ガス６１０を流し、立上応答性Ａの電圧（出力信号ＳＡ）を印加した場合のオゾン濃度立上特性を示す。
【０１３０】
特性Ｂ２０は放電面材料を不導体絶縁体膜２１０４ａで構成した検証試験器Ｉ（図５）において、放電面として、高純度酸素ガス(酸素＋０％窒素ガス)ガスで放電後（放電面の脱ガス処理後）の放電面で、再度、酸素に微量の二酸化窒素ガスを添加したガス(酸素＋１８．４ppm二酸化窒素ガス)の原料ガスを流し、立上特性Ａの電圧を印加した場合のオゾン濃度立上特性を示す。
【０１３１】
特性Ｂ３０は放電面材料を光触媒絶縁膜２１０４ｂで構成した検証試験器ＩＩ（図６）において、放電面として、高純度酸素ガス(酸素＋０％窒素ガス)ガスで放電後（放電面の脱ガス処理後）の放電面で、再度、高純度酸素ガス(酸素＋０％窒素ガス)の原料ガスを流し、立上特性Ａの電圧を印加した場合のオゾン濃度立上特性を示す。
【０１３２】
特性Ｓ０（二点鎖線）は、誘電体バリア放電で発生した電子と酸素ガス分子との衝突のみで高濃度オゾンが生成できると仮定した場合のオゾン濃度立上特性の想定特性を示す。
【０１３３】
放電式のオゾン発生器によるオゾン発生は、原料ガス種、放電面材料等によって影響があることは経験上、実証されており、高濃度なオゾンガスが生成できるメカニズムを検証するには、どのような要因でオゾンガスが生成されているかを見極める必要がある。そのためには、原料ガス種、放電面材料それぞれのみを変えたオゾン発生器において、印加する出力の立上応答に対する生成するオゾン濃度の立上応答性を詳細に試験で検証する必要があり、上述した試験検証によってオゾン生成の起因要素がほぼ断定できると判断した。
【０１３４】
そこで、我々は、図５及び図６で示す放電面構造の発生検証試験器Ｉ、ＩＩにおいて、原料ガス流量１Ｌ／ｍｉｎの条件と供給する電力５００Ｗの条件を固定した条件で、下記の点を可変させて、オゾン発生器から生成されるオゾンガスのオゾン濃度の立上応答性について調べた。
【０１３５】
まず、放電面の材料を誘電体２１０３と不動体絶縁体膜６１０４ａにした放電面構成（図５）を有するオゾン発生器を用いた、ガス種の効果を見る試験を行った。
【０１３６】
ガス種の効果としては、特に原料ガスとして酸素ガスに窒素ガスを添加したものを採用した。通常の高濃度オゾンを得るための放電式オゾン発生検証試験器Ｉ（図５）においては、原料ガスとして酸素ガスに１％〜２％の窒素を添加した原料ガスを用いるのが普通である。しかしながら図５の検証試験器Ｉにおいて、窒素添加によるオゾン生成効果を検証するには１％〜２％の窒素添加は多すぎ、オゾン発生量は十分高濃度状態で飽和して安定したオゾンが得られる窒素添加量となる。そのため、オゾン発生に対する窒素添加量の必要量を見極めて立上応答性を鮮明に求めることはできなかった。そこで、窒素添加量によるオゾンの立上応答性を求めるために、敢えて、オゾンガス発生における窒素効果をより鮮明に量的評価のできるに原料ガスとして酸素ガスに５００ｐｐｍＮ２ガスの微量の窒素を添加した（酸素＋５００ｐｐｍのＮ２）ガスを原料ガス６１０として採用した。また、窒素ガスが放電中に微量のＮＯｘガスが生成されることからＮＯｘガスの代表ガスとして二酸化窒素（ＮＯ２）ガスを極微量加えたガス（酸素＋１８．４ｐｐｍのＮＯ２）を原料ガス６２０として採用し、二酸化窒素（ＮＯ２）ガスによるオゾンの立上応答性を明らかにする試験を実施した。
【０１３７】
オゾン濃度立上応答特性Ｂ１０：確認試験として、高純度酸素ガス(酸素＋０％窒素ガス)で数時間放電させた後の放電面（脱ガス処理）で、再度、酸素＋５００ｐｐｍのＮ２ガスを用いた原料ガスでのオゾンオゾン濃度立上特性を測定した。
【０１３８】
オゾン濃度立上応答特性Ｂ２０：確認試験として、高純度酸素ガス(酸素＋０％窒素ガス)で数時間放電させた後の放電面（脱ガス処理）で、再度、酸素＋１８．４ｐｐｍＮＯ２を用いた原料ガスでのオゾン濃度立上特性を測定した。
【０１３９】
オゾン濃度立上応答特性Ｂ３０：確認試験として、放電面の材料を誘電体２１０３と光触媒絶縁膜２１０４ｂとした放電面構成（図６）の放電式オゾン発生検証試験器ＩＩを用いて、高純度酸素ガス(酸素＋０％窒素ガス)ガスで数時間放電させた後の放電面（脱ガス処理）で、再度、高純度酸素（酸素＋０％Ｎ２ガス）を用いた原料ガスでのオゾン濃度立上特性を測定した。
【０１４０】
その結果、図７で示すようなオゾン濃度立上応答特性Ｂ１０〜Ｂ３０が得られた。
【０１４１】
図７で示す酸素＋５００ｐｐｍのＮ２ガスを原料ガスとしたオゾン濃度立上応答特性Ｂ１０から、出力信号ＳＡを印加（放電開始）してから約１秒程度で濃度１２ｇ／ｍ３に立上り、放電開始から約４０秒間は１２ｇ／ｍ３（５６００ｐｐｍ）の発生濃度を維持し、その約４０秒後から徐々に濃度が立上り、放電開始から約１０００秒（数十分）の非常に遅い立上応答で、オゾンガスが生成される。約１００ｇ／ｍ３（５２０００ｐｐｍ）近辺の濃度で飽和する特性が確認される。
【０１４２】
この結果から、出力信号ＳＡを投入して非常に遅い立上応答で約１００ｇ／ｍ３（５２０００ｐｐｍ）の高濃度が得られていることから察して、電子による早い立上応答で、約１００ｇ／ｍ３（５２０００ｐｐｍ）の高濃度が生成されているのではなく、また、添加した窒素ガス自身が放電の出力と高濃度オゾン生成に寄与しているのでなく、窒素を含んだ放電によって生成した窒素酸化物ガスによって、約１００ｇ／ｍ３（５２０００ｐｐｍ）の高濃度が得られていることがオゾン濃度立上応答特性Ｂ１０から判断される。
【０１４３】
ちなみに、図７で示すオゾン濃度立上応答特性Ｂ１０は、酸素ガスに５００ｐｐｍＮ２ガスの微量の窒素を添加した（酸素＋５００ｐｐｍのＮ２）ガスであったが、図７には示していないが、酸素ガスに添加する微量の窒素量を徐々に増やせば、高濃度が得られる応答時間が短くなるとともに、約１％の微量の窒素を添加した（酸素＋１％Ｎ２）ガスで最大オゾン濃度も２７９ｇ／ｍ３（１３００００ｐｐｍ）までアップすることが確認されている。つまり、高濃度オゾン生成に寄与する窒素酸化物ガスが窒素添加量を１％までアップさせることで、放電によって生成する窒素酸化物ガスも増加して、結果として立上応答も、特性Ｂ１０よりも早くなり、生成されるオゾン濃度もアップしたと判断される。
【０１４４】
次に、図７で示す酸素＋１８．４ｐｐｍＮＯ２を用いた原料ガスとしたオゾン濃度立上応答特性Ｂ２０から、出力信号ＳＡを印加（放電開始）してから約１秒から濃度１２ｇ／ｍ３が立上り、その後、放電開始から約２秒間は１２ｇ／ｍ３（５６００ｐｐｍ）の発生濃度を維持し、約５秒〜数十０秒で濃度３１２ｇ／ｍ３（１４５５００ｐｐｍ）で立ち上がる。その後、徐々に濃度が上がり、濃度３５０ｇ／ｍ３（１６３０００ｐｐｍ）を少し下回る高濃度のオゾンが生成できることを確認した。
【０１４５】
この結果から、オゾン濃度立上応答特性Ｂ２０は原料ガスが酸素ガスに添加する二酸化窒素添加量（１８．４ppmＮＯ２）が窒素添加量（５００ppmＮ２）より非常に少ない添加量で、窒素添加量（５００ppmＮ２）の場合（特性Ｂ１０）に比べ、オゾン濃度立上応答性が早くなっている。さらに、二酸化窒素添加量（１８．４ppmＮＯ２）の場合（特性Ｂ２０）の方が、窒素添加量（５００ppmＮ２）の場合（特性Ｂ１０）よりも、高濃度のオゾンガスが生成できる事実が認識された。この事実から、窒素添加量（５００ppmＮ２）の場合は、一旦窒素を含んだ放電によってＮＯｘガスが生成した後、この放電によって生成したＮＯｘガスによって、高濃度のオゾンガスが生成されることが想定される。
【０１４６】
酸素ガスに添加した二酸化窒素量によって、高濃度のオゾンガスが生成するとすれば、窒素添加量（５００ppmＮ２）の場合（特性Ｂ１０）よりも、二酸化窒素添加量（１８．４ppmＮＯ２）の場合（特性Ｂ２０）の方が、オゾン濃度立上が早いのは当然と云える。
【０１４７】
さらに、図７で示す光触媒絶縁膜２１０４ｂとした放電面構成（図６）の試験用オゾン発生器ＩＩで、かつ高純度酸素（酸素＋０％Ｎ２ガス）を用いた原料ガスとしたオゾン濃度立上応答特性Ｂ３０から、出力信号ＳＡを印加（放電開始）してから約１秒で濃度１２ｇ／ｍ３が立上り、その後、約３秒〜５秒の遅い立上で最大濃度３５０ｇ／ｍ３（１６３０００ｐｐｍ）の高濃度オゾンが生成できることを確認した。
【０１４８】
この結果から、オゾン濃度立上応答特性Ｂ３０は原料ガスがオゾン濃度立上応答特性Ｂ１０，Ｂ２０のような窒素や二酸化窒素を含まない高純度酸素ガスを原料ガス６３０とした場合の特性であり、すなわち、原料ガス６３０は原料ガス６１０及び６２０のようにオゾンガス濃度を高める窒素、二酸化窒素を添付していない。
【０１４９】
オゾン濃度立上応答特性Ｂ３０とオゾン濃度立上応答特性Ｂ１０及びＢ２０との比較から、放電面の材料を誘電体２１０３と光触媒絶縁膜２１０４ｂとした電極構成（図６）の放電式オゾン発生検証試験器ＩＩにすれば、電子によるオゾン生成の応答性（約１秒程度の立上）よりも遅く、窒素や二酸化窒素を含んだものよりも早い応答性（約３秒〜５秒の遅い立上）で高濃度なオゾンガスが生成されていることが証明された。よって、放電面を光触媒絶縁膜にすることで、光触媒絶縁膜がオゾン生成に寄与する電子を作り出すのではなく、光触媒絶縁膜自身の光触媒効果で高濃度のオゾンガスが生成されることは明らかになった。
【０１５０】
また、図７の二点鎖線で示す特性Ｓ０は、もし、放電で発生した電子によって、供給した酸素ガスを解離して３５０ｇ／ｍ３（１６３０００ｐｐｍ）の高濃度なオゾンガスを生成すると理論仮定した場合の濃度立上特性である。この場合は、放電の電子衝突による酸素原子の解離であるからその酸素原子が生成される応答時間は、出力に対し約１０−５（ｓ）で、解離した酸素原子と酸素ガスの三体衝突でオゾンが生成されるオゾン生成応答時間が約１（ｓ）であることから即座に３５０ｇ／ｍ３（１６３０００ｐｐｍ）超える濃度まで達する。また、電子のみで高濃度オゾンガスが発生するのであれば、放電によるガス温度上昇よりも早い応答でオゾンガスが生成されることから、濃度の立上部では、濃度が高くなり特性Ｓ０のように、生成した直後はオゾンの温度分解を考慮する必要がないからオゾンガス濃度のオーバーシュートが立上から約３（ｓ）の当たりで見られる特性になることが推測される。
【０１５１】
以上のような、実際の測定したオゾン濃度立上応答特性Ｂ１０〜Ｂ３０は、理論仮定した特性Ｓ０とは、全く違ったオゾン濃度立上特性結果になった。ただ、電子でオゾンガスを生成していると思われる比較的早い立上となるオゾン濃度は、１２ｇ／ｍ３（５６００ｐｐｍ）程度であり、全体の高濃度オゾンガス発生の約５％未満の濃度であった。
【０１５２】
上述した結果から判断すると、電子でオゾンガスの生成に寄与するオゾン濃度は１２ｇ／ｍ３（５６００ｐｐｍ）程度であることが確かめられ、オゾン濃度２００ｇ／ｍ３を超えるような高濃度オゾンガスが生成されていないことが分かった。高濃度オゾンガスが生成される要因は、少なくとも放電中に含まれる二酸化窒素（ＮＯ２）もしくは、放電面の光触媒材料が寄与していることが実験で証明された。
【０１５３】
また、放電形態もグロー放電のような連続放電でなく、誘電体を介し、かつ、短ギャップ放電空間での誘電体バリア放電を実現している。誘電体バリア放電は高電界放電で、この放電が無数の間欠放電形態を有することから放電期間中に放電光が原料ガスの二酸化窒素もしくは放電面材料（光触媒絶縁膜２１０４ｂ）に照射されることで、二酸化窒素の化学反応効果や光触媒効果によって、酸素解離が効率よく促進され、解離された酸素原子が、この間欠放電形態の休止期間で、効率良くオゾンガスを生成する役目を果たすと考えられる。
【０１５４】
以上のように、放電式オゾン発生検証器Ｉ，ＩＩによって、従来から云われている電子と酸素ガスとの直接衝突によるオゾンガス生成や光波長が２００ｎｍ未満の紫外光の酸素ガスとの直接照射によるオゾン生成だけでなく、放電による電子よりも、放電中に含まれる、微量の二酸化窒素と放電光とによる触媒反応や放電の光波長と放電面材料の影響を受ける光触媒反応を介した反応で、酸素ガスの解離促進がされ、解離された多くの酸素原子と酸素ガスとの衝突反応で、オゾンガスが生成されていることが明確になった。
【０１５５】
すなわち、プラズマの高エネルギーを有する電子と酸素ガスとの直接衝突により酸素ガスを解離して、解離した酸素原子と酸素による三体衝突でオゾンが生成する反応速度は、早いステップ応答で放電させると、放電と同時に高エネルギーの電子が生成できることから理論的に１秒以内と云われている。すなわち、理論的に１秒以内に投入電力に見合ったオゾンガスが生成すると云われており、上記の測定したステップ応答印加に対し、１秒以内の早く立上るオゾンガス濃度が実現できているのは、測定結果から数十数ｇ／ｍ３（数千ｐｐｍ）程度にすぎない。すなわち、放電式オゾン発生器で生成する高濃度オゾンガスのほとんどが、プラズマの電子の直接衝突によるものでなく、高濃度オゾンガスが生成できているほとんどのオゾンガスは、もっと遅い化学反応を介してのオゾン生成であるらしいことが認識された。
【０１５６】
さらに、もっと遅い化学反応によるオゾン生成について、詳細に調査・検証試験を繰り返すと、１つの放電に起因したオゾン生成の化学反応は、原料ガスに含まれる窒素ガスに起因した窒素酸化物ガスの放電光を介した触媒ガス反応であり、この触媒ガス反応により酸素ガスの解離が促進されオゾンガスが生成されることが認識された。以降このオゾン生成反応を「触媒窒素酸化物ガスのオゾン生成法」と呼ぶ。
【０１５７】
上記以外に、放電式オゾン発生器の放電ガス通路である放電面に特定波長範囲の波長を有する照射光を吸収する光触媒材を塗布すれば、放電光を介し、放電面に塗布した光触媒材の放電界面で光触媒状態に活性化することで、光触媒反応で酸素ガスの解離が促進されオゾンガスが生成されることが認識された。すなわち、上述した光触媒反応がもう１つの放電に起因したオゾン生成の化学反応となる。このオゾン生成の化学反応を「光触媒材界面のオゾン生成法」と呼ぶ。
【０１５８】
放電の電子は、数百μｓ以下で所定のプラズマ形成を行う。このため、電子衝突による酸素解離は、数百μｓ程度で終了する反応である。また、解離した酸素原子と酸素ガスの衝突よるオゾン生成も１ｓ以下で終了する反応のため、これらの一連の所定濃度までのオゾン生成は、１ｓ以内に完了する反応と言える。
【０１５９】
また、これらの２つの触媒を介したオゾンガス生成の化学反応においては、電子衝突による酸素解離と比較して、放電空間のガス体積全体もしくは、放電面全面が成熟した触媒ガスもしくは光触媒面に覆われ一旦、オゾン生成するための十分な触媒状態を確立させる必要がある。
【０１６０】
「成熟した触媒ガス」とは、投入した電力に応じた放電よって放電空間のガス体積内に所定量の触媒ガス量が得られ、かつ、この触媒ガス自身が有する内部エネルギー以上のエネルギーを吸収した状態で、放電光の照射で触媒ガスが触媒状態になり酸素ガスを解離させる準備状態になっている触媒ガスを意味する。つまり、言い換えると、「成熟した触媒ガス」は、定格オゾン濃度のオゾンを発生させるために十分な触媒ガス状態を示す。
【０１６１】
また、「成熟した光触媒面」とは、投入した放電電力に対応した光エネルギーを光触媒膜が吸収して、光触媒自身が有する内部エネルギー以上のエネルギーを少なくとも光触媒膜の表面が全面的に吸収した状態、すなわち、定格オゾン濃度のオゾンガスを発生させるための光触媒物質が励起状態になり酸素ガスを解離させる準備状態になっている、光触媒膜の表面を意味する。この光触媒膜の表面が放電面を形成している。
【０１６２】
そのため、ステップ応答で放電を発生させると、放電の電子衝突によるオゾン生成反応時間（１ｓ以下の反応）よりも、放電開始から放電空間のガス体積全体が「成熟した触媒ガス」もしくは、放電面の全面が「成熟した光触媒面」になるまでの時間の方が遅くなる。すなわち、触媒ガスもしくは光触媒面が酸素ガス解離反応する時間は、「成熟した電子」による酸素ガス解離反応時間（数百μｓ程度）に比べ非常に遅く、数秒程度を要する反応となる。したがって、触媒化学反応を介したオゾンのオゾン生成応答性は電子によるオゾン生成よりも遅くなる。なお、「成熟した電子」とは、放電によって、加速して酸素ガスを衝突で解離する能力をもった高運動エネルギーを有した電子における定常放電状態を意味する。電子自身は質量が非常に小さく、電子自身の有する内部エネルギーは非常に小さいため、放電すると直ぐに、電子は所定の高運動エネルーを有する定常放電状態に達することになる。
【０１６３】
そのため、触媒化学反応を介したオゾン生成反応は、放電によって、触媒物質を一旦励起させてから、活性化した触媒物質を介した酸素ガスの解離反応と、オゾン解離した酸素原子と酸素ガスによるオゾン生成反応である。このため、放電空間のガス体積全体が「成熟した触媒ガス」、もしくは、光触媒膜の光触媒面が全面的に「成熟した光触媒面」状態になる場合、応答性が電子に比べ非常に遅く、数秒程度を要する立上時間を経てオゾンガスが生成される。
【０１６４】
ちなみに、前者の「触媒窒素酸化物ガスのオゾン生成法」は、原料ガスに含まれる窒素ガスを一旦、放電によって、窒素酸化物ガスを生成する化学反応も同時に生じさせながらオゾンガスを生成しているため、ステップ放電によるオゾン生成応答性は、非常に遅く数百秒程度かかった後、オゾンガス濃度が所定濃度まで達する。
【０１６５】
また、後者の「光触媒材界面のオゾン生成法」は、放電面に塗布した光触媒材を一旦、放電光によって、光触媒材を活性化させる反応と活性化した光触媒面とガスとの接触する化学反応でオゾンガス生成を行っているため、ステップ放電によるオゾン生成応答性は、「触媒窒素酸化物ガスのオゾン生成法」よりも早い応答性となる。しかしながら、電子衝突によるオゾン生成反応時間（１ｓ以下の反応）よりは遅く、約３秒程度のオゾン生成反応時間の経過後、オゾンガス濃度が所定濃度まで達することが認識された。
【０１６６】
放電によって生成する高濃度オゾンガスのうち、大半のオゾンガスが光触媒を介したオゾン生成であることが認識された。ステップ放電による１秒以内の早い応答でオゾンガスが生成するオゾンガス濃度はわずか数十数ｇ／ｍ３（数千ｐｐｍ）程度であったため、電子の直接衝突を要因としたオゾンガスの生成は全体の１０％未満であることが突き止められた。
【０１６７】
放電式オゾンガス発生装置における誘電体バリア放電を行う放電ギャップ長は、数百μｍ以下の極短ギャップにすることで、この誘電体バリア放電は非常に高い高電界放電になっている。短ギャップになる程、高エネルギーを有する放電光を発することになる。つまり、短ギャップになるにしたがって、放電光の波長分布が短くなる紫外光の方向に推移する。また、誘電体を介した放電はランプ光源としても採用され、「エキシマ放電ランプ」として実用化されており、そのエキシマ放電光源では、また、極短ギャップ放電であるが故に、この放電によって発する放電光の発光効率のエネルギー比は、全放電エネルギーに対し約３０％近くの高効率になると言われている。残りの７０％の放電エネルギーは放電熱として熱ロスになる。そのため、オゾン発生器は冷却して熱ロスを取り除く必要がある。この３０％の高効率の放電光が対向している光触媒膜の光触媒面に光吸収させることで、光触媒面の全面を光触媒状態に活性化させていると言える。
【０１６８】
この活性化された光触媒膜の光触媒面と接した酸素ガスが効率良く解離され、解離した酸素原子と酸素分子との三体衝突によって、約３００ｇ／ｍ３（１４００００ｐｐｍ）を超える高濃度オゾンガスが生成されていることになる。つまり、誘電体バリア放電の放電光のエネルギーに対する光触媒物質によるオゾン生成効率のエネルギー比ηO3は約４６％（＝１４００００ｐｐｍ/１００００００/０．３）と非常に高いオゾン生成効率であると分かる。
【０１６９】
ちなみに、このオゾン生成効率のエネルギー比ηO3は、放電光の光触媒物質への光吸収効率のエネルギー比ηLと光触媒面を通過する酸素原子を解離させる解離効率のエネルギー比ηDと解離した酸素原子と酸素分子との衝突によるによりオゾン分子生成の分子結合効率のエネルギー比ηSとの積（ηO3＝（ηL）・(ηD)・(ηS)）で決まることを考えると、放電式オゾンガス発生装置である誘電体バリア放電光と光触媒物質面との組合せでオゾンを生成するシステムは、非常に効率の良い方式であることが分かる。
【０１７０】
以上のように、従来の放電式オゾン発生器による２つの高濃度オゾン生成法について吟味し、放電を用いずに、放電に代わる手段でオゾンガスを生成する方法を思考した結果、前者の「触媒窒素酸化物ガスのオゾン生成法」よりも、後者の「光触媒材界面のオゾン生成法」が望ましいことが認識された。
【０１７１】
そこで、光源式オゾン発生セルの構成要素として、光触媒膜と光触媒膜が光吸収する特定波長範囲の波長を有する照射光を照射する光源とを主要構成要素とする光源式オゾン発生セルを有するオゾン発生器が最も望ましいとの結論に至り、図１〜図３で示した実施の形態１のオゾンガス発生装置を実現した。なお、上記光源の照射光は放電方式で用いた放電光に代わる光となる。なお、照射光の特定波長範囲としては、前述したように、「３００ｎｍ以上６２０ｎｍ以下」が想定される。
【０１７２】
実施の形態１では、放電光の代替えとなる照射光として、６２０ｎｍ以下の可視光〜約３００ｎｍ程度の特定波長範囲を満足する照射光にし、特定波長範囲を満足する照射光を照射する光源としてのＬＥＤ光源群１ｂを用いている。ＬＥＤ光源群１ｂは、非常に小さな光源で、固体発光素子であり、比較的低い駆動電圧の印加で高効率に光変換ができ、上述した特定波長範囲の波長を満足するＬＥＤ光を容易に照射できる長所がある。ＬＥＤ光源群１ｂは上述した長所を有するため、実施の形態１の励起用光照射ユニット１の光源として採用された。さらに、ＬＥＤ光源群１ｂの点滅動作も容易に行える長所も有する。
【０１７３】
従来の放電式オゾン発生器において、誘電体バリア放電（無声放電）を採用することは、誘電体を介した放電のため、比較的広い放電面積で均等な放電が得られるメリットだけでなく、従来のＤＣ放電（所謂グロー放電）と違い、誘電体バリア放電は、放電形態上、誘電体の局部に帯電した電荷の局部放電の微細時間の間欠放電が無数に存在した放電になっている。
【０１７４】
上述した放電式オゾン発生器の放電内容から、オゾン生成には、(1)酸素ガスを解離させ、酸素原子の生成量を促進させる第１のオゾン生成工程と、(2)解離した酸素原子と酸素ガスとの三体衝突促進で、オゾン生成量を促進させる第２のオゾン生成工程とが、ほぼ同時に実行されることにより、オゾンガスが生成されていると考えられる。
【０１７５】
したがって、従来のＤＣ放電（所謂グロー放電）の連続放電では、上記第１のオゾン生成工程実行中において、生成したオゾンガスを放電により発生する電子や放電光等で、酸素ガスに戻す作用も生じるため、結果として、より多くのオゾンガスを取り出せないマイナス要因となっている。このマイナス要因を克服すべく、誘電体バリア放電式の放電式オゾン発生器は、より多くのオゾン量のオゾンガスを取出すことが可能になった理由は、放電形態が連続放電ではなく、局部放電の微細時間の間欠放電であることが原因していることを発明者らは見出した。
【０１７６】
従来の光源方式のオゾン装置は、発生するオゾン濃度は、数ｇ／ｍ３未満（数千ｐｐｍ未満）で、オゾン発生量も数ｇ／ｈ未満程度であり、オゾン発生器や光源用電源の規模も大きかった。
【０１７７】
実施の形態１のオゾンガス発生装置は、従来の光源方式のオゾンガス発生装置に比べ、発生するオゾンガス濃度は、数十ｇ／ｍ３以上（数千ｐｐｍ以上）で、数十ｇ／ｈ程度のオゾン発生量を目指したもので、従来のものよりも、高濃度で、高オゾン量のオゾンガスを取り出せることを特徴としている。
【０１７８】
実施の形態１のオゾンガス発生装置は、ＬＥＤ光源群１ｂに対向した面に光触媒膜２ａを配置した構成の光源式オゾン発生セルを採用しているため、光触媒膜２ａの励起光は、酸素ガス自身を解離させるための光波長よりも長い６２０ｎｍ以下の可視光〜約３００ｎｍ程度の特定波長範囲の波長を有する照射光で良く、かつ光触媒膜の表面に効率良く照射光を照射させて、活性化させた光触媒状態の光触媒膜２ａによって酸素ガスを解離させるため、従来の光源式に比べ、オゾンガスの生成能力を高めることができる。
【０１７９】
また、オゾン発生器５０内でのオゾンガスの生成には、前述したように第１及び第２のオゾン生成工程によって行われる。第１のオゾン生成工程は、ＬＥＤ光源群１ｂを点灯させ、ＬＥＤ光を光触媒膜２ａに照射して光触媒膜２ａを活性化されることにより促進される。
【０１８０】
一方、第２のオゾン生成工程は、酸素原子と酸素分子との衝突による分子結合で促進されるものであって、この工程を促進するには、ＬＥＤ光源群１ｂに消灯期間を設けることが有効に働く。
【０１８１】
よって、図４を参照して説明したように、ＬＥＤ光源群１ｂの間欠点灯により、ＬＥＤ光源群１ｂの点灯期間中に実行される第１のオゾン生成工程と、ＬＥＤ光源群１ｂの消灯期間中に実行される第２のオゾン生成工程とを時分割に実行することができ、より取出せるオゾンガス量を高めることができる。
【０１８２】
従来の放電式オゾンガス発生装置は、放電方式を採用したオゾン生成部は、高電界を有した誘電体バリア放電や誘電体沿面放電を利用してオゾンガスを生成しているため、誘電体を介して高電界の放電を誘起させる必要があり、そのため、オゾン生成部に印加する電圧は数ｋＶの高電圧にする必要があり、この高電圧を印加させても、絶縁破壊を起こさない丈夫なオゾン発生器にする必要があった。一方、実施の形態１では、光源方式を採用したオゾン発生器を用いているため、オゾン発生器に高電圧を印加する必要がなく、低電圧仕様の絶縁性設計でオゾン発生器を製作でき、コンパクト化や低価格で製作できる。また、従来のオゾン発生器は、放電現象を利用したオゾン生成を行うため、放電させると放電面から放電プラズマによるスパッタで生じる微粒子コンタミがあるが、実施の形態１のオゾンガス発生装置は、光源方式を採用しているため、放電現象は発生せず。スパッタ作用はなく、微粒子コンタミを少なくすることができる。
【０１８３】
従来の放電式オゾンガス発生装置は、放電現象を利用したオゾン生成を行うため、放電させるための高電圧を出力できるオゾン用電源が必要であったが、実施の形態１のオゾンガス発生装置は、励起光源用電源１００により駆動電圧である出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１ＢをＬＥＤ光源群１ｂに供給している。ＬＥＤ光源群１ｂを点灯させるための駆動電圧は数十Ｖ未満で十分であるため、励起光源用電源１００が非常に小さく構成することができ、励起光源用電源１００自身の電源ロスも小さくできる効果を奏する。
【０１８４】
従来の放電式オゾンガス発生装置は、放電現象を利用したオゾン生成を行うため、放電させるための高電圧を出力できるオゾン用電源が必要で高圧トランスや高電圧に昇圧させる手段が必要であった。一方、実施の形態１では、ＬＥＤ光源群１ｂを点灯させるための駆動電圧は電圧レベルが比較的低いため、励起光源用電源１００は、出力を昇圧する高圧トランスや高電圧に昇圧させる手段は不要となる。
【０１８５】
従来の放電式オゾンガス発生装置は、放電現象を利用したオゾン生成を行うため、オゾン電源の出力において、負荷の静電容量と電源出力とをマッチングさせ電力を供給させる共振手段が必要であった。一方、実施の形態１では、ＬＥＤ光源群１ｂを点灯させるための駆動電圧を供給できれば十分であるため、励起光源用電源１００は、ＬＥＤ光源群１ｂの負荷のみ考慮すれば良く、電源出力部に共振手段を設ける必要はない。
【０１８６】
従来の放電式オゾンガス発生装置は、放電現象を利用したオゾン生成を行うため、放電による放電面の発熱を取り除くための冷却構造が複雑化し、大きくする等の必要があった。一方、実施の形態１では、ＬＥＤ光源群１ｂの光変換効率が高いため、ＬＥＤ光源群１ｂ自身の発光に要する発熱（ロス）のみの発熱量になり、非常に簡易な冷却機能で発熱を取り除くことができるため、放電式オゾンガス発生装置に比べ冷却機能を小さくできる効果を奏する。
【０１８７】
実施の形態１のオゾンガス発生装置では、オゾンガスを得るための原料ガスを例えば、酸素ガスとすると、オゾンガスを発生する光源式オゾン発生セルの主要構成は、電気エネルギーを用いた特定波長範囲の波長を有するＬＥＤ光を照射するＬＥＤ光源群１ｂと、ＬＥＤ光源群１ｂからの照射光であるＬＥＤ光を吸収する光触媒膜２ａとの組合せで構成できる。すなわち、非常にシンプルな構成で光源式オゾン発生セルを実現することができる。
【０１８８】
我々は、光触媒放電面を用いた小型放電式のオゾンガス発生装置において、放電電力に対するオゾン生成効率ρdは、「ρd＝３．３・１０−５（ｇ/Ｊ）」であることを認識した。
【０１８９】
この放電式オゾンガス発生装置態は、オゾン発生器内のガス圧力を約０．２５ＭＰａ当たりに維持させ、数百μｍ未満の極短ギャップ間において、誘電体バリア放電を発生させている。誘電体バリア放電は誘電体バリア放電によるエキシマ光を用いており、放電面に塗布した光触媒材との相互反応で、オゾン生成効率ρdのオゾンガスが生成されている。
【０１９０】
この極短ギャップ間における誘電体バリア放電光（エキシマ光）の光発光効率のエネルギー比ηLは約３０％以上と云われていることから光エネルギーと光触媒との組合せによるオゾン生成効率ρ0を算出する。
【０１９１】
つまり、この誘電体バリア放電光に代わり、それ相当の光波長の光を発するＬＥＤ光源の光エネルギーと光触媒との組合せによるオゾン生成効率ρ0を求めると、以下の式(1)となる。
【０１９２】
ρ0＝ρd/ηL＝１．１・１０−４（ｇ／Ｊ）…(1)
【０１９３】
つまり、光源式のオゾンガス発生装置においては、１（Ｊ）の光エネルギーで、１．１ｘ１０−４（ｇ）のオゾンガスを発生できることになり、放電式のオゾンガス発生装置の１（Ｊ）の光エネルギーで、３．３・１０−５（ｇ）のオゾン発生に比べ、約３．３倍のオゾン量を発生できることになる。このように、光源式のオゾンガス発生装置は、小電力でオゾンガスが生成できることになり、励起光源用電源１００を小さくすることができる１要素となる。
【０１９４】
また、放電式のオゾンガス発生装置の放電形態は、オゾン発生器内のガス圧力を約０．２５ＭＰａ当たりに維持させ、数百μｍ未満の極短ギャップ間において、高濃度オゾンガスを発生させており、所望濃度のオゾンガスを発生させるためには、発生器内のガス圧力Ｐや放電ギャップ長ｄの制約条件をオゾン発生器に課す必要がある。
【０１９５】
一方、光源式のオゾンガス発生装置においては、放電を介せずに、光源からの照射と光を吸収させる光触媒間の光エネルギー変換であるため、オゾン発生器５０内のガス圧力Ｐやオゾン生成空間３のギャップ長ｄの制約は弱く、ガス圧力Ｐをより低く設定できることやギャップ長ｄを大きくできるなどのオゾン発生器５０の設計条件を大きくできるメリットが生じる。
【０１９６】
特に、オゾン発生器５０内のガス圧力Ｐを負圧に設定することができれば、生成したオゾン粒子とガス粒子との衝突による分解が抑制でき、よりオゾンガス発生装置の利用分野を高める効果がある。
【０１９７】
具体的には、複数の光源式オゾン発生セルを有するオゾン発生器５０内のガス圧力の圧力範囲を数十ｋＰａ以上、０．１５ＭＰａ以下の比較的低い圧力に設定することが望ましい。
【０１９８】
このように、オゾン発生器５０内のガス圧力の圧力範囲を比較的低く設定することにより、オゾン分解量を少なくできる分、オゾン発生器５０が生成するオゾンガスのオゾンガス濃度を高めることができる。
【０１９９】
また、実施の形態において、光源部であるＬＥＤ光源群１ｂはＬＥＤを光源要素としたＬＥＤ光源部であり、その波長は特定波長範囲である「３００ｎｍ以上６２０ｎｍ以下」を満足している。
【０２００】
このように、実施の形態１は、ＬＥＤ光源群１ｂから照射するＬＥＤ光の特定波長を３００ｎｍ以上に設定することによりＬＥＤ光を受ける光触媒膜２ａが活性化するため、第１のオゾン生成工程における酸素ガス解離処理を支障無く行うことができる。
【０２０１】
さらに、実施の形態１は、使用するＬＥＤ光の特定波長範囲を「３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下」の比較的長波長の可視光〜紫外光の波長範囲に設定することにより、光触媒膜２ａを活性化する光強度の照射光を照射する光源部として、通常のＬＥＤ光を照射するＬＥＤ光源群１ｂを比較的容易に用いることができる。
【０２０２】
また、光源部としてＬＥＤ光源群１ｂに代えてレーザを光源要素としたレーザ光源部を用いた変形例が考えられる。変形例において、レーザ光の特定波長範囲は「３００ｎｍ以上６２０ｎｍ以下」に設定される。
【０２０３】
このように、実施の形態１の変形例は、レーザ光源部から照射するレーザ光の特定波長を３００ｎｍ以上に設定することによりレーザ光を受ける光触媒膜２ａが活性化するため、第１のオゾン生成工程における酸素ガス解離処理を支障無く行うことができる。
【０２０４】
さらに、実施の形態１の変形例は、レーザ光の特定波長範囲を「３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下」の比較的長波長の可視光〜紫外光の波長範囲に設定することにより、光触媒膜２ａを活性化する光強度の照射光を照射する光源部として、レーザ光を照射するレーザ光源部を比較的容易に用いることができる。
【０２０５】
加えて、実施の形態１の変形例は、光源要素をレーザとすることにより、光源要素をＬＥＤとする場合に比べ、照射光の発散を抑制することができる。このため、レーザ光源部はより効率的に光触媒膜２ａを活性化させることができる。
【０２０６】
また、原料ガスは、露点温度−５０℃以下の乾燥空気を含むことが望ましい。なぜなら、露点温度の低い乾燥空気は、ガス中に含まれる水分量が小さいため、原料ガスからオゾンガス生成後に生成したオゾンガスの水分による分解を抑制する。その結果、実施の形態１のオゾンガス発生装置は、より効率的にオゾンガスを発生することができる。
【０２０７】
＜実施の形態２＞
図８はこの発明による実施の形態２であるオゾンガス発生装置における励起用光照射ユニット１Ｂ及びその周辺の平面形状を示す平面図である。なお、図８にＸＹＺ直交座標系を記している。実施の形態２のオゾンガス発生装置は、励起用光照射ユニット１が励起用光照射ユニット１Ｂに置き換わった点、励起光源用電源１００の出力電圧内容が変更されて点が、実施の形態１のオゾンガス発生装置と異なる。なお、他の構成は実施の形態１のオゾンガス発生装置と同様であるため、同一符号を付して説明を適宜省略する。
【０２０８】
図８に示すように、冷却・オゾンガス取出基板１ａは円盤状を呈しており、冷却・オゾンガス取出基板１ａの上面上に基本セルＣ１用のＬＥＤ光源群１ｂ１及びＬＥＤ光源群１ｂ２が設けられる。
【０２０９】
第１の光源群であるＬＥＤ光源群１ｂ１は複数の第１のＬＥＤ光源面により構成される。図８で示す白地の略正方形状の領域が１つの第１のＬＥＤ光源面に対応する。第２の光源群であるＬＥＤ光源群１ｂ２は複数の第２のＬＥＤ光源面により構成される。図８で示す斜線ハッチングが施された略正方形状の領域が１つの第２のＬＥＤ光源面に対応する。
【０２１０】
ＬＥＤ光源群１ｂ１及び１ｂ２上に選択的に基本セルＣ１用の複数のガス空間用スペーサ１ｃが離散して設けられ、実施の形態１と同様、これらガス空間用スペーサ１ｃにより、光触媒ユニット２Ｈとの間にオゾン生成空間３を設けることができる。
【０２１１】
基本セルＣ２も、基本セルＣ１と同様の構造を呈している。すなわち、冷却・オゾンガス取出基板１ａの下面上に基本セルＣ２用のＬＥＤ光源群１ｂ１及び１ｂ２が設けられ、ＬＥＤ光源群１ｂ１及び１ｂ２下に選択的に基本セルＣ２用の複数のガス空間用スペーサ１ｃが離散して設けられ、これらガス空間用スペーサ１ｃにより、光触媒ユニット２Ｌとの間にオゾン生成空間３を設けることができる。
【０２１２】
なお、基本セルＣ２用のＬＥＤ光源群１ｂ１及び１ｂ２並びにガス空間用スペーサ１ｃは冷却・オゾンガス取出基板１ａに対して下方に設けられる点を除き、基本セルＣ１用のＬＥＤ光源群１ｂ１及び１ｂ２並びにガス空間用スペーサ１ｃとその配置を含め同一形状を呈している。
【０２１３】
励起用光照射ユニット１ＢのＬＥＤ光源群１ｂ１は、光源用電気供給ブッシング９（図１参照）を介して、励起光源用電源１００から第１のＬＥＤ光源面を点灯するための第１の駆動電圧である出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂを受ける。
【０２１４】
励起用光照射ユニット１ＢのＬＥＤ光源群１ｂ２は、光源用電気供給ブッシング９（図１参照）を介して、励起光源用電源１００から第２のＬＥＤ光源面を点灯するための第２の駆動電圧である出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂを受ける。
【０２１５】
実施の形態２の励起光源用電源１００は、出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂに加え、出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂを出力する態様の電源となる点で、実施の形態１の励起光源用電源１００と異なる。
【０２１６】
図８に示すように、複数の第１のＬＥＤ光源面と複数の第２のＬＥＤ光源面とは、平面視して市松模様を構成するように配置される。
【０２１７】
すなわち、複数の第１及び第２のＬＥＤ光源面は冷却・オゾンガス取出基板１ａ上の同一水平面に形成され、平面視してＸ方向（第１の方向）に沿って第１及び第２のＬＥＤ光源面が交互に配置され、かつ、平面視してＸ方向に直交するＹ方向（第２の方向）に沿って第１及び第２のＬＥＤ光源面が交互に配置される。
【０２１８】
図９はＬＥＤ光源群１ｂ１及び１ｂ２の間欠動作を模式的に示す説明図である。同図(a) に示すように、複数の第１のＬＥＤ光源面の集合体によりＬＥＤ光源群１ｂ１が構成され、複数の第２のＬＥＤ光源面の集合体によりＬＥＤ光源群１ｂ２が構成される。
【０２１９】
ＬＥＤ光源群１ｂ１を構成する全ての第１のＬＥＤ光源面に対し、同図(b) の上方に示すように、点灯期間Ｔ１１（ＯＮ電圧）と消灯期間Ｔ１０（ＯＦＦ電圧）を指示する出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂが付与される。例えば、出力電圧Ｖ１Ｂを接地レベルに固定して、出力電圧Ｖ１Ａを同図(b) に示すように、ＯＮレベル、ＯＦＦレベル間を変化させることにより、同図(b) の上方で示す出力波形を得ることができる。
【０２２０】
ＬＥＤ光源群１ｂ２を構成する全ての第２のＬＥＤ光源面に対し、同図(b) の下方に示すように、点灯期間Ｔ２１（ＯＮ電圧）と消灯期間Ｔ２０（ＯＦＦ電圧）を指示する出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂが付与される。例えば、出力電圧Ｖ２Ｂを接地レベルに固定して、出力電圧Ｖ２Ａを同図(b) に示すように、ＯＮレベル、ＯＦＦレベル間を変化させることにより、同図(b) の下方で示す出力波形を得ることができる。
【０２２１】
実施の形態２の励起光源用電源１００は、第１の光源部であるＬＥＤ光源群１ｂ１に第１の駆動電圧である出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂを付与し、かつ、第２の光源部であるＬＥＤ光源群１ｂ２に第２の駆動電圧である出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂを付与する光源用電源である。
【０２２２】
したがって、ＬＥＤ光源群１ｂ１は出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂにより点灯／消灯が制御される。ＬＥＤ光源群１ｂ２は出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂにより点灯／消灯が制御される。
【０２２３】
そして、実施の形態２の励起光源用電源１００は、図９(b) に示すように、ＬＥＤ光源群１ｂ１の点灯期間及び消灯期間が繰り返されるように、出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂを出力し、かつ、ＬＥＤ光源群１ｂ２の点灯期間及び消灯期間が繰り返されるように、出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂを出力している。
【０２２４】
さらに、実施の形態２の励起光源用電源１００は、ＬＥＤ光源群１ｂ１の消灯期間Ｔ１０と、ＬＥＤ光源群１ｂ２の消灯期間Ｔ２０とが時間的に重複しないように、出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂ並びに出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂを出力する。
【０２２５】
したがって、励起用光照射ユニット１Ｂを有する実施の形態２のオゾン発生器５０は、ＬＥＤ光源群１ｂ１及び１ｂ２それぞれの点灯期間及び消灯期間を繰り返して、第１及び第２のオゾン生成工程を適宜繰り返すことにより、実施の形態１と同様、オゾンが分解する現象を効果的に抑制して効率的にオゾンガスを生成することができる。
【０２２６】
さらに、実施の形態２の励起光源用電源１００が出力する出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂ並びに出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂ（第１及び第２の駆動電圧）は、ＬＥＤ光源群１ｂ１の消灯期間Ｔ１０と、ＬＥＤ光源群１ｂ２の消灯期間Ｔ２０とが時間的に重複しないように設定されている。このため、ＬＥＤ光源群１ｂ１及び１ｂ２のうち少なくとも一方は必ず点灯期間（Ｔ１１あるいはＴ２１）に設定されている。
【０２２７】
このように、実施の形態２のオゾンガス発生装置は、ＬＥＤ光源群１ｂ１及び１ｂ２のうち少なくとも一方よりＬＥＤ光が照射されるため、第１のオゾン生成工程を常に実行することにより、酸素ガス解離処理をより効率的に行うことができる第１の効果を奏する。
【０２２８】
加えて、ＬＥＤ光源群１ｂ１及び１ｂ２を構成する複数の第１及び第２のＬＥＤ光源面は、平面視して互いに直交するＸ方向及びＹ方向それぞれに沿って第１及び第２のＬＥＤ光源面が交互になるように市松模様状に配置されている。すなわち、一の第１の光源面に対し平面視して四方（Ｘ方向及びＹ方向）に４つの第２のＬＥＤ光源面が配置され、かつ、一の第２の光源面に対し平面視して四方に４つの第１の光源面が配置される。
【０２２９】
したがって、ＬＥＤ光源群１ｂ２の消灯期間Ｔ２０において、複数の第１のＬＥＤ光源面それぞれに対し平面視四方に隣接して配置される４つの第２のＬＥＤ光源面が消灯しているため、複数の第１のＬＥＤ光源面それぞれにおいて発光時に生じる熱ロスを効果的に拡散することができる。
【０２３０】
同様にして、ＬＥＤ光源群１ｂ１の消灯期間Ｔ１０において、複数の第２のＬＥＤ光源面それぞれに対し平面視四方に隣接して配置される４つの第１のＬＥＤ光源面が消灯しているため、複数の第２のＬＥＤ光源面それぞれにおいて発光時に生じる熱ロスを効果的に拡散することができる。
【０２３１】
実施の形態２のオゾンガス発生装置は、複数の第１及び第２のＬＥＤ光源面それぞれの発光時における熱ロスを効果的に拡散することにより、ＬＥＤ光源群１ｂ１及び１ｂ２の温度上昇を効果的に抑制して、ＬＥＤ光源群１ｂ１及び１ｂ２から照射するＬＥＤ光の発光効率を高めるという第２の効果を奏する。ＬＥＤ光の発光効率が高くなると光触媒膜２ａが活性化して光触媒状態となる速度も向上する。
【０２３２】
その結果、実施の形態２のオゾンガス発生装置は、上述した第１の効果及び第２に効果によって、より高濃度なオゾンガスを発生することができる効果を奏する。
【０２３３】
（拡張例）
図１０は実施の形態２の拡張例であるＬＥＤ光源群１ｂ１〜１ｂ３の間欠動作を模式的に示す説明図である。同図(a) に示すように、複数の第１のＬＥＤ光源面の集合体によりＬＥＤ光源群１ｂ１（第１の光源部）が構成され、複数の第２のＬＥＤ光源面の集合体によりＬＥＤ光源群１ｂ（第２の光源部）が構成され、複数の第３のＬＥＤ光源面の集合体によりＬＥＤ光源群１ｂ３（第３の光源部）が構成される。
【０２３４】
なお、図１０(a) において、ＬＥＤ光源群１ｂ１を構成する第１のＬＥＤ光源面には丸印が付され、ＬＥＤ光源群１ｂ２を構成する第２のＬＥＤ光源面には三角印が付され、ＬＥＤ光源群１ｂ３を構成する第３のＬＥＤ光源面には×印が付されている。
【０２３５】
ＬＥＤ光源群１ｂ１を構成する全ての第１のＬＥＤ光源面に対し、同図(b) の上段に示すように、点灯期間Ｔ１１（ＯＮ電圧）と消灯期間Ｔ１０（ＯＦＦ電圧）を指示する出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂが付与される。例えば、出力電圧Ｖ１Ｂを接地レベルに固定して、出力電圧Ｖ１Ａを同図(b) に示すように、ＯＮレベル、ＯＦＦレベル間を変化させることにより、同図(b) の上段に示す出力波形を得ることができる。
【０２３６】
ＬＥＤ光源群１ｂ２を構成する全ての第２のＬＥＤ光源面に対し、同図(b) の中段に示すように、点灯期間Ｔ２１（ＯＮ電圧）と消灯期間Ｔ２０（ＯＦＦ電圧）を指示する出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂが付与される。例えば、出力電圧Ｖ２Ｂを接地レベルに固定して、出力電圧Ｖ２Ａを同図(b) に示すように、ＯＮレベル、ＯＦＦレベル間を変化させることにより、同図(b) の中段で示す出力波形を得ることができる。
【０２３７】
ＬＥＤ光源群１ｂ３を構成する全ての第３のＬＥＤ光源面に対し、同図(b) の下段に示すように、点灯期間Ｔ３１（ＯＮ電圧）と消灯期間Ｔ３０（ＯＦＦ電圧）を指示する出力電圧Ｖ３Ａ及びＶ３Ｂが付与される。例えば、出力電圧Ｖ３Ｂを接地レベルに固定して、出力電圧Ｖ３Ａを同図(b) に示すように、ＯＮレベル、ＯＦＦレベル間を変化させることにより、同図(b) の下段で示す出力波形を得ることができる。
【０２３８】
実施の形態２の拡張例用の励起光源用電源１００は、第１の光源部であるＬＥＤ光源群１ｂ１に第１の駆動電圧である出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂを付与し、第２の光源部であるＬＥＤ光源群１ｂ２に第２の駆動電圧である出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂを付与し、かつ、第３の光源部であるＬＥＤ光源群１ｂ３に第３の駆動電圧である出力電圧Ｖ３Ａ及びＶ３Ｂを付与する光源用電源である。
【０２３９】
したがって、ＬＥＤ光源群１ｂ１は出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂにより点灯／消灯が制御され、ＬＥＤ光源群１ｂ２は出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂにより点灯／消灯が制御され、ＬＥＤ光源群１ｂ３は出力電圧Ｖ３Ａ及びＶ３Ｂにより点灯／消灯が制御される。
【０２４０】
そして、拡張例の励起光源用電源１００は、ＬＥＤ光源群１ｂ１の点灯期間及び消灯期間が繰り返されるように出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂを出力し、ＬＥＤ光源群１ｂ２の点灯期間及び消灯期間が繰り返されるように出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂを出力し、ＬＥＤ光源群１ｂ３の点灯期間及び消灯期間が繰り返されるように、出力電圧Ｖ３Ａ及びＶ３Ｂを出力している。
【０２４１】
したがって、拡張例のオゾン発生器５０は、実施の形態１と同様、オゾンが分解する現象を効果的に抑制して効率的にオゾンガスを生成することができる。
【０２４２】
さらに、拡張例の励起光源用電源１００は、ＬＥＤ光源群１ｂ１の消灯期間Ｔ１０と、ＬＥＤ光源群１ｂ２の消灯期間Ｔ２０とＬＥＤ光源群１ｂ３の消灯期間Ｔ３０とが時間的に重複しないように、出力電圧Ｖ１Ａ及びＶ１Ｂ、出力電圧Ｖ２Ａ及びＶ２Ｂ並びに出力電圧Ｖ３Ａ及びＶ３Ｂを出力する。
【０２４３】
したがって、拡張例のオゾン発生器５０は、実施の形態２のオゾン発生器５０と同様、実施の形態２で述べた第１の効果及び第２に効果によって、より高濃度なオゾンガスを発生することができる効果を奏する。
【０２４４】
＜第１のオゾンガス利用システム＞
光源式オゾンガス発生装置を用いた第１のアプリケーションである第１のオゾンガス利用システムは、実施の形態１のオゾンガス発生装置をオゾン供給源として利用している。また、実施の形態１のオゾンガス発生装置に替えて、後述する、図１１で示す同軸式オゾンガス発生装置もしくは図１４で示す低圧力タイプのオゾンガス発生装置を用いても良い。
【０２４５】
第１のオゾンガス利用システムは、第１のガス流量が１００ＣＣ／ｍｉｎ〜数Ｌ／ｍｉｎ程度の極小流量で、オゾンガス濃度が０．２ｇ／ｍ３（１００ｐｐｍ）以上の範囲で極低濃度からの濃度制御を実行することで極微量なオゾン量を要求される分野の半導体製造装置を構成要素としている。
【０２４６】
オゾン発生量を約５０ｇ/ｈ未満とし、励起光源用電源１００は数百Ｗ程度の非常に小さな容量とすることにより、実施の形態１のオゾンガス発生装置を超小型化して半導体製造装置に直結した構成が第１のオゾンガス利用システムである。
【０２４７】
例えば、図１で示す平板タイプの光源式オゾン発生セルを有する実施の形態１のオゾンガス発生装置を用いた半導体製造装置は、複数の光源式オゾン発生セル対を積層することにより、生成するオゾンガス量であるオゾン量を増加させることができる。このため、実施の形態１のオゾンガス発生装置を用いて、小型のオゾンＣＶＤ半導体製造装置を第１のオゾンガス利用システムとして実現することができる。
【０２４８】
図１１で示す同軸式オゾンガス発生装置や図１４で示す低圧力タイプの光源式オゾンガス発生装置を用いた半導体製造装置としては、コンパクトな装置構成で、生成するオゾンガス量として極小オゾン量が要求される半導体製造装置が考えられる。このような半導体製造装置に光源式オゾンガス発生装置を直結することにより、例えば、熱拡散成膜半導体製造用途や特殊なＣＶＤ成膜半導体製造用途に水蒸気の代わりに極小濃度のオゾンガスを添加する用途の第１のオゾンガス利用システムを実現することができる。
【０２４９】
また、半導体製造装置に適用した光源式オゾンガス発生装置は、放電現象を利用していないため、オゾン発生器内のガス圧力Ｐやガス空間（ギャップ長）ｄの制約条件がない。このため、オゾン発生器内の圧力は負圧領域でオゾンを発生できることや発生器製造が容易に行えるメリットも生じる。
【０２５０】
したがって、光源式オゾンガス発生装置を、半導体製造装置の酸化膜ＣＶＤチャンバー内に装着する用途にも適用できる可能性がある。例えば、放電式オゾン発生器では、高濃度オゾンガスを得るためには、オゾン発生器内のガス圧力Ｐは、０．１５ＭＰａ以上の加圧状態と０．１ｍｍ以下の極短ギャップ間で放電維持させ、放電電力を投入する必要があった。
【０２５１】
一方、実施の形態１のオゾンガス発生装置に代表される光源式オゾンガス発生装置においては、オゾン生成空間３におけるガス空間ｄとガス圧力Ｐの制約がないため、オゾン発生器内のガス圧力Ｐと供給するガス流量Ｑを一義的に決め、その決めたガス圧力Ｐとガス流量Ｑに対応して効率よくオゾンガスを出力できるガス空間ｄに設定すれば良い。
【０２５２】
以上のことから、実施の形態１のオゾンガス発生装置に代表される光源式オゾンガス発生装置では、出力できるオゾンガスのオゾンガス濃度やガス流量の制約はあるが、オゾン発生器内のガス圧力Ｐは、負圧である数千Ｐａ〜加圧の０．１５ＭＰａの範囲内でもオゾン発生器（例えば、図１４で示す低圧力タイプのオゾンガス発生装置）として機能できる。
【０２５３】
このように、第１のオゾンガス利用システムは以下のように構成される。実施の形態１のオゾンガス発生装置で代表される光源式オゾンガス発生装置と、光源式オゾンガス発生装置から発生されるゾンガスを利用して半導体製造処理を行う半導体製造装置とを一体構成で備えることもできる。
【０２５４】
第１のオゾンガス利用システムは上記構成を有するため、小型な構成で高濃度なオゾンガスを利用した半導体製造システムを実現することができる。
【０２５５】
＜第２のオゾンガス利用システム＞
実施の形態１のオゾンガス発生装置に代表される、光源式オゾンガス発生装置を用いた第２のオゾンガス利用システムとして、自動車等にオゾンガスを利用するオゾンガス利用システムが考えられる。
【０２５６】
自動車でのオゾンガス利用目的の１つは、オゾンガスによってエンジンから排気したガスの酸化反応を促進させることにより、排気ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に置換することで、排気ガスに含まれる二酸化窒素をＮＯｘ浄化触媒に吸着浄化させるものである。
【０２５７】
自動車でのオゾンガス利用目的の他の１つは、内燃機関における燃料の燃焼の自動圧縮点火を容易にするために、燃焼室に導入する燃料に適した支援空気（酸素ガス）にオゾンガスを添加させることである。
【０２５８】
自動車でのオゾンガス利用目的に光源式オゾンガス発生装置を用いたのが第２のオゾンガス利用システムである。
【０２５９】
自動車に搭載されるオゾンガス発生装置を考える。利用されるオゾンガスの発生量としては、数十ｇ／ｍ３未満と比較的小さいオゾン発生量が想定される。従来の放電式オゾンガス発生装置では、放電を発生させるには、数ｋＶ以上の高電圧を出力する必要があり、オゾン発生器の高電圧に対する高耐圧性が必要となり、また放電負荷は抵抗負荷でなく、容量性負荷であるため、負荷力率が非常に悪いため、放電式オゾンガス発生装置のオゾン電源が非常に大きくなる等の種々問題がからみ、オゾン発生器やオゾン発生用電源のコンパクト化や低コスト化が難しい点があった。
【０２６０】
また、従来の光源式オゾンガス発生装置では、非常に波長の短い紫外線ランプを採用する必要があり、オゾン生成効率も悪いので、オゾン発生量は十ｇ／ｍ３未満しか得られない。したがって、従来の光源式オゾンガス発生装置を採用する場合、オゾン発生器の規模も大きくなり、紫外線用の光源ランプ用電源の規模も大きくなるため、低コスト化が難しいと思われる。
【０２６１】
従来の放電式オゾンガス発生装置や従来の光源式オゾンガス発生装置の上述した問題点を克服したのが第２のオゾンガス利用システムである。第２のオゾンガス利用システムでは、オゾン発生量を数十ｇ／ｍ３程度を想定した自動車分野をターゲットとした、実施の形態１で代表される光源式オゾンガス発生装置を用いている。
【０２６２】
図１１は、第２のオゾンガス利用システムに利用可能な光源方式を採用した同軸式オゾンガス発生装置の構成を示す説明図である。
【０２６３】
図１１に示すように、同軸式オゾンガス発生装置は、光源式オゾン発生器７００１及びＬＥＤ点灯用電源７００２を主要構成要素として含んでいる。
【０２６４】
光源式オゾン発生器７００１は実施の形態１のオゾン発生器５０に対応し、ＬＥＤ点灯用電源７００２は実施の形態１の励起光源用電源１００に対応する。したがって、図１１で示す同軸式オゾンガス発生装置は、実施の形態１のオゾンガス発生装置と共通の特徴を有している。
【０２６５】
図１１を参照して、自動車等に採用されるために考慮した、非常にコンパクトな光源式オゾン発生器７００１とＬＥＤ点灯用電源７００２について説明する。ここでは、供給するオゾンガスの制御やシステムに関しては、発明範囲外であるため説明は適宜省略する。
【０２６６】
図１１において、光源式オゾン発生器７００１は、筒状の同軸管を主要部構造にしている。同軸管の外管７０３周りには複数のＬＥＤ素子７０４（発光ダイオード）が配置される。複数のＬＥＤ素子７０４は１個当たり約数Ｗの消費電力で、発光効率数十％以上であり、６２０ｎｍ以下の可視光〜約３００ｎｍ程度の特定波長範囲の波長を有するＬＥＤ光を照射光として照射する。複数のＬＥＤ素子７０４は発生器外管７０３の円周面に沿って数列並べられ、同軸管の外観の軸方向に数段の直列に配置されている。このように複数のＬＥＤ素子７０４を直並列配置してＬＥＤ光源群１ｂを実現している。
【０２６７】
ＬＥＤ光源群１ｂを構成する複数のＬＥＤ素子７０４は、ＬＥＤ点灯用電源７００２から供給される駆動電圧である出力電圧ＶＤＣによって点灯／消灯が制御される。
【０２６８】
同軸管である発生器外管７０３の外管周りに配置したＬＥＤ光源群１ｂ（複数のＬＥＤ素子７０４）は、発光効率を良くするため、ＬＥＤ光源群１ｂの点灯による発熱ロスについては、空冷もしくは、水冷で冷やすことで、ＬＥＤ光源群１ｂの駆動時の温度を下げるようにしている。なお、ＬＥＤ光源群１ｂの具体的な冷却方式については説明を省略する。
【０２６９】
また、光源式オゾン発生器７００１の同軸管の内管７０５の外周部の全面に、上述した特定波長範囲の波長を有するＬＥＤ光を吸収して光触媒状態となる光触媒膜２ａが形成される。発生器内管７０５の外周面と発生器外管７０３の内周面との間に形成される空間がオゾン生成空間３となるように、発生器外管７０３と発生器内管７０５との間に複数のガス空間用スペーサ１ｃが配置される。
【０２７０】
同軸管構成の光源式オゾン発生器７００１は、原料ガスである酸素ガスを含んだ原料ガス（酸素ガスＧＩＮ）供給用の原料ガス入口３１を、同軸管の手前に位置する一方側面に有し、オゾンガスＧOUT出力用のオゾンガス出口３２を一方側面に対向する同軸管の他方側面に有する。前述したように、光源式オゾン発生器７００１内の同軸管の内管７０５と外管７０３との空間スペースがオゾン生成空間３となる。
【０２７１】
上記構成の光源式オゾン発生器７００１において、原料ガス入口３１を介し酸素ガスＧINが光源式オゾン発生器７００１の内部に供給され、オゾン生成空間３を通過する。そして、実施の形態１のオゾンガス発生装置と同様、オゾン生成空間３の通過時に光触媒膜２ａの光触媒面（オゾン生成空間３の流路面）に酸素ガスが接触することに起因してオゾンガスが生成される。
【０２７２】
そして、オゾンガス出口３２を介して、オゾン生成空間３で生成したオゾンガスがオゾンガスＧOUTとして外部に出力される。出力されたオゾンガスＧOUTを、エンジンから発生するガスの排気用のガス排気配管に供給するか、もしくは自動車の燃焼室に燃料を導入するための燃料供給配管に適した支援空気として供給することにより、第２のオゾンガス利用システムが実現する。
【０２７３】
ＬＥＤ光源群１ｂは、並列に数列で、直列に数段の配置構成で複数のＬＥＤ素子７０４（発光ダイオード）を配置することにより構成され、商用電圧に対応したＤＣ電圧である出力電圧ＶＤＣの印加と数Ａの電流を間欠運転で流すことで、約数百Ｗ〜１０００Ｗ程度のＬＥＤ光源群１ｂの点灯、消灯を高周波で繰り返すことができる。
【０２７４】
ＬＥＤ光源群１ｂの点灯及び消灯の繰り返しに伴い、同軸管の発生器内管７０５の全面に設けられた光触媒膜２ａは光触媒状態となる。その結果、光源式オゾン発生器７００１のオゾン生成空間３を通過する酸素ガスを解離させ、同時に解離した酸素原子と酸素ガスによるオゾン生成反応を高め、生成したオゾンガスを連続的に出力することができる。
【０２７５】
図１２は、図１１のＬＥＤ光源群１ｂ及びＬＥＤ点灯用電源７００２の内部構成を示す説明図である。
【０２７６】
図１２のＬＥＤ点灯用電源７００２は、商用交流電源（ＡＣ２００Ｖ）を一旦、ＡＣ−ＤＣコンバータ７００７でＤＣ電圧に変換し、ＤＣ電圧をパワートランジスタ７００６のコレクタに付与している。そして、所定周期のチョパーパルス幅で制御して間欠点灯するための駆動電圧である出力電圧ＶＤＣがパワートランジスタ７００６のエミッタから付与される。
【０２７７】
ＬＥＤ光源群１ｂの間欠点灯周期は、ＬＥＤ点灯用電源７００２内の制御回路７００８で可変信号が出力され、その信号がゲート回路７００９を介して、パワートランジスタ７００６のゲートに付与され、パワートランジスタ７００６をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより設定することができる。すなわち、パワートランジスタ７００６のＯＮ時にＬＥＤ光源群１ｂは点灯し、ＯＦＦ時にＬＥＤ光源群１ｂは消灯する。
【０２７８】
制御回路７００８では、外部からの間欠点灯パルス幅制御信号ＰＷＭを受けて、ＬＥＤ光源群１ｂの点灯時間を可変制御して、ＬＥＤ光源群１ｂの出力電力が可変設定される結果、ＬＥＤ光源群１ｂの発光照度が可変制御される。ＬＥＤ光源群１ｂの発光照度を制御することにより、光源式オゾン発生器７００１からから取出せるオゾンガス濃度も制御することができる。
【０２７９】
図１２に示すように、ＬＥＤ光源群１ｂは、複数のＬＥＤ素子７０４を直並列接続することにより構成している。
【０２８０】
例えば、駆動電圧１２Ｖ，３ＷのＬＥＤ素子を数十個（Ｘ個）直列に配線し、この直列配列したＬＥＤ素子を数十個（Ｙ個）並列に配線した構成にした。総ＬＥＤ素子数は数百（Ｘ個×Ｙ個）個程度のＬＥＤ素子７０４によりＬＥＤ光源群１ｂで構成すると、ＬＥＤ点灯用電源７００２が出力する出力電圧ＶＤＣは約１００Ｖ〜数百Ｖ、出力電流は約十Ａ未満程度、出力電力は数ｋＷ未満程度のオゾン発生装置となる。
【０２８１】
また、ＬＥＤ素子７０４の最大運転点灯率を７０％とすると、ＬＥＤ光源群１ｂには、数百Ｗ程度の電力が注入されることになる。ＬＥＤ素子の発光効率は、光波長が短い程、低くなる傾向にあり、一般的に６２０ｎｍ以下の可視光〜約３００ｎｍ程度の特定波長範囲を満足するＬＥＤ光を照射するＬＥＤ光源群１ｂでは、ＬＥＤ素子７０４の発光効率は２５％〜３５％程度と言われている。したがって、ＬＥＤ光源群１ｂで照射される光電力は、ＬＥＤ素子７０４に投入した電力の２５％〜３５％が光触媒膜２ａを活性化させるのに使われ、６５％〜７５％の電力が熱ロスとして、光源式オゾン発生器７００１の容器、光触媒膜２ａ及びガスの温度アップ要因になる。そのため、光源式オゾン発生器７００１は、風冷もしくは水冷等で冷却させることが望ましい。
【０２８２】
なお、図１１で示す光源式オゾン発生器７００１に設置したＬＥＤ光源群１ｂの冷却方法や冷却構造についての記載は省略する。
【０２８３】
ＬＥＤ光源群１ｂで照射されるＬＥＤ光における光電力は数百Ｗ程度になり、この光電力の約３０％の電力が光触媒膜２ａの励起に寄与する有効電力となり、この有効電力で光触媒膜２ａが光触媒状態になって、上述した式(1)に沿ったオゾンガスが生成される。この光源式オゾン発生器７００１においてガス流量１Ｌ／ｍｉｎの流量の原料ガスを流してオゾンガスを取出す場合、オゾン濃度が約数十ｇ／ｍ３（数万ｐｐｍ）のオゾンガスが取出せることになる。また、オゾンガスのオゾン発生量はおおよそ数ｇ/ｈとなる。ガス流量を１０Ｌ／ｍｉｎとすると約数ｇ／ｍ３（数千ｐｐｍ）程度のオゾンガスを出力できる。実際には、光源式オゾン発生器７００１からオゾンガスを取り出す際には多少のオゾン分解も生じるから上記の推測濃度よりも低くなることが推測される。
【０２８４】
以上のように、実施の形態１のオゾンガス発生装置で代表される光源式オゾンガス発生装置を利用して第２のオゾンガス利用システムを実現すると以下の効果を奏する。
【０２８５】
まず、ＬＥＤ光源群１ｂの電源であるＬＥＤ点灯用電源７００２は、商用交流電源から出力数百Ｖの出力電圧で、出力電力が数百Ｗ〜数ｋＷ程度になる。
【０２８６】
また、光源式オゾン発生器７００１は、図１１に示すように、非常にコンパクトな円筒型の構成にして、オゾン発生量が数ｇ/ｈから十数ｇ/ｈ程度のオゾンガスを発生する構成にすれば、ＬＥＤ光源群１ｂの負荷は、放電負荷に比べ、負荷電圧が非常に低く、負荷電気容量も小さくなる。このため、コンパクトなＬＥＤ点灯用電源７００２及び光源式オゾン発生器７００１からなり、安価な光源式オゾンガス発生装置を実現することができる。
【０２８７】
このように、第２のオゾンガス利用システムは以下のように構成される。自動車に搭載され、実施の形態１のオゾンガス発生装置や図１１で示した同軸式オゾンガス発生装置で代表される光源式オゾンガス発生装置と、上記自動車は燃料室に燃料を供給するための燃料供給配管と、エンジンから発生するガスの排気用のガス排気配管を有し、上記オゾンガス発生装置から発生したオゾンガスは、上記燃料供給配管及び上記ガス排気配管のうち、少なくとも一つの配管に供給される。
【０２８８】
第２のオゾンガス利用システムは上記構成を有するため、小型な構成で高濃度なオゾンガスを利用して、内燃機関であるエンジンから発生するガスを浄化したり、自動圧縮点火を容易にしたりすることができる。
【０２８９】
＜第３のオゾンガス利用システム＞
第３のオゾンガス利用システムは、実施の形態１で代表される光源式オゾンガス発生装置を、人工衛星用の駆動エンジンであるオゾンエンジン用のオゾンガス供給に用いている。
【０２９０】
図１３は衛星用のオゾンガスを用いた駆動エンジン装置（オゾンエンジン）の構成を示す説明図である。
【０２９１】
オゾンエンジンは、装置内で加熱することでオゾンガスの分解熱エネルギーで得た高温の酸素ガス熱運動エネルギーＸａｖを、一定方向に流れる整流ガスに変換することで、酸素ガスを噴出させ、所定の推力を得るエンジンである。
【０２９２】
オゾンエンジンを実現するため、従来の衛星に搭載した宇宙航行用のイオンエンジンの推力１０ｍＮのエンジンを参考にした。図１３に示す衛星用のオゾンガスを用いた駆動エンジン装置における動作作用とエンジン推力を得るためのオゾン分解エネルギー量等について説明する。
【０２９３】
一般に現在用いられている人工衛星用の駆動エンジンとして、小出力で高性能を有するイオンエンジンが多く採用されている。このイオンエンジンの特徴としては、宇宙での太陽電池からの電気エネルギーで容易に駆動ができ、推進剤として小流量の希ガスを流し、この希ガスを電離させてイオン化し、電界加速させたエンジンとしている。このイオンエンジンは制御性や小原料ガスによる反作用なく運動エネルギーに変換できるメリットがある。
【０２９４】
イオンエンジンの原理について説明する。推進剤として希ガスで、比較的質量の大きいキセノンガスを１０ｍＬ／ｍｉｎという極小流量のガスとして、マイクロ波キャビティとなるマイクロ波チャンバー内に供給する。マイクロ波チャンバー内の圧力は数十ｍＰａの低気圧下においてマイクロ波電力３２Ｗを投入して、キセノンガスの一部の粒子をイオン化させ、イオン化させたキセノンガスを加速させて一定方向のビーム状の運動エネルギーを得ることができる。運動エネルギーを高めるために、イオン化させた起点部と網状のグリッド電極間に約１．５ｋＶの加速電圧を印加させて、イオン化したキセノンガスによるビーム電流を百ｍＡ、加速電力を約数百Ｗ投入し、キセノンガスに約十数ｍＮの推力を約３０分〜１時間程度の連続推力が得られるようにしている。
【０２９５】
イオンエンジンは、電気エネルギーの動力源を用いて一部のイオン化したキセノン粒子を推進剤として加速してエンジンの推進力を得ていることから、ほぼ長時間の連続運転のエンジン駆動（加速）源として有効な手段である。
【０２９６】
このように、小さなマイクロ波電力でイオン化のみをさせて、静止中のイオン化ガスのみを加速電圧印加で加速するため、加速したイオンは、ほとんど反作用なく、一定方向の運動推力が得られることになる。
【０２９７】
宇宙では、ガスがないため、運動エネルギーを得るための推進剤を衛星に搭載しなければならなく、推進剤使用量で衛星重量と衛星寿命に大きく影響する。また、宇宙での衛星自身は、自重が非常に小さいため、搭載した推進剤による推力が大きいエンジンであっても、エンジンを駆動して、反作用が大きければ、衛星を所定方向に誘導させる制御は難しく、結果として衛星用のエンジンとしては、利するエンジンとは言えない。
【０２９８】
しかしながら、供給したキセノンガス粒子数に比べ、推進剤となりうる電離したキセノンイオン粒子数は極わずかである。すなわち、今用いられているイオンエンジンの推力は、一部のイオン化したキセノン粒子から推進力を得ていることから、キセノンガス粒子に与える運動エネルギーは、せいぜい数十ｍＮである。今後、イオンエンジンの特徴を損なわずにイオンエンジンの推力よりも高い推力の動力源として電気エネルギーで得られれば、より早い制御が可能になるだけでなく、衛星用（宇宙航行用）エンジンでの消費電力の削減や推進剤の低減されるメリットが生じる。その第１候補として、電気から生成できる小型の光源式オゾンガス発生装置とこの光源式オゾンガス発生装置から取り出したオゾンガスを推進材としたオゾンエンジンとからなる第３のオゾンガス利用システムが期待される。
【０２９９】
衛星用の駆動エンジン装置に利用される光源式のオゾンガス発生装置は、オゾンガスを得るための原料ガスは酸素ガスであり、オゾンガス生成には、電気エネルギーを用いた特定波長範囲の波長を有する照射光であるＬＥＤ光を照射するＬＥＤ光源とこのＬＥＤ光源から照射するＬＥＤを吸収する光触媒膜との組合せであり、前述したように小型化が図られた、実施の形態１に代表される光源式のオゾンガス発生装置である。
【０３００】
我々は光触媒放電面を用いた小型の放電式のオゾンガス発生装置において、放電電力に対するオゾン生成効率ρｄは３．３ｘ１０−５（ｇ/Ｊ）であることを既に認識している。
【０３０１】
この放電式オゾンガス発生装置の放電形態の場合においては、数百μｍ未満の極短ギャップ間に誘電体バリア放電を発生させており、この誘電体バリア放電光（エキシマ放電光）であり、このエキシマ放電光が放電面に塗布した光触媒材に照射されることによる光触媒効果との相互反応作用で、オゾン生成効率ρｄの生成される大半のオゾンが生成されている。この極短ギャップ間における誘電体バリア放電光の発光効率のエネルギー比ηLは約３０％以上と云われている。
【０３０２】
つまり、この誘電体バリア放電光に代わり、それ相当の光波長の光を発するＬＥＤ光源の光よるオゾン生成効率ρ0を求めると、上述した式(1)となる。
【０３０３】
次に、発生したオゾンガスの有するオゾンガスの分解の熱エネルギーについて考察する。
【０３０４】
光源式オゾンガス発生装置から生成したオゾンガスは、以下の式(2)に示すように、外部から加熱によって、オゾンガス粒子を３００℃以上に上げれば、オゾンガスは酸素ガスに容易に分解でき、その分解熱である熱エネルギーのランダムな運動エネルギーは１モル当たり３９３ｋＪと非常に大きい。
【０３０５】
３Ｏ３（ｇ）＋加熱→３Ｏ２（ｇ）＋３９３（ｋＪ）…(2)
【０３０６】
このオゾンの分解の熱エネルギーを有効に利用できる衛星用の駆動エンジン装置を検討すると、この駆動エンジン装置の衛星に搭載する推進剤となるオゾンガスを得るための光源式のオゾンガス発生装置として、例えば、酸素ガス流量Ｑを１０ｍＬ／ｍｉｎ程度とし、取出せるオゾン濃度Ｃｔを４００ｇ／ｍ３の高濃度オゾンガスを目標とした。この高濃度オゾンをガス目標とした場合のオゾンガス発生装置の消費電力であるＬＥＤ光源の電力を算出すると、出力オゾン量Ｙtは以下の式(3)で求められる。
【０３０７】
Ｙt＝Ｑ・Ｃｔ＝６．６７・１０−５（ｇ／ｓ）…(3)
【０３０８】
オゾン発生器で生成するオゾン量Ｙｓに対する取出せるオゾン量Ｙｔの比を０．６（＝Ｙｔ／Ｙs）とすれば、オゾン発生器で生成するオゾン量Ｙsは以下の式(4)で求められる。
【０３０９】
Ｙs＝Ｙt／０．６＝１．１１・１０−４（ｇ／ｓ）…(4)
【０３１０】
式(1)で求めたように、オゾン生成効率ρ0を「１．１・１０−４（ｇ/Ｊ）」とすると、光触媒膜に吸収させる有効な光エネルギーＥは、以下の式(5)で求められ、光エネルギーＥは、１Ｗ程度となる。
【０３１１】
Ｅ＝Ｙs／ρ0＝１．０（Ｊ／ｓ）…(5)
【０３１２】
ＬＥＤ光源の発光効率のエネルギー比ηLEDを約２０％とすると、ＬＥＤ光源に供給する光源の電力Ｐは、以下の式(6)で求められる。
【０３１３】
Ｐ＝Ｅ／ηLED＝５．０（Ｊ／ｓ）…(6)
【０３１４】
Ｐ＝５．０（Ｊ／ｓ）は、５．０（Ｗ）のＬＥＤ光源で十分、酸素１０ｍＬ／ｍｉｎの酸素流量Ｑで、十分なオゾン量が生成でき、光源式のオゾン発生器の構成を工夫し、オゾン発生器内で生成したオゾンガスを限りなく分解させずに取り出せるようにすれば、取出せるオゾン濃度Ｃtが４００ｇ／ｍ３となる高濃度オゾンガスが生成できることを示している。
【０３１５】
この５．０（Ｗ）のＬＥＤ光源としては、発光ダイオード素子として、数個のＬＥＤ素子で十分であり、数個のＬＥＤ素子からなるＬＥＤ光源を点灯させるための印加電圧も数十Ｖで、ＬＥＤ光源も非常に小さいものとなる。
【０３１６】
次に、酸素ガス流量Ｑを１０ｍＬ／ｍｉｎを供給して、光源式オゾンガス発生装置から得た４００ｇ／ｍ３（１８６７００ｐｐｍ）のオゾンガスを駆動エンジン装置のマイクロ波共振チャンバー内で、マイクロ波加熱させてオゾンガスを分解させた場合の分解熱エネルギーＸ０を算出する。
【０３１７】
この分解熱エネルギーＸ０が、酸素ガス１０ｍＬ／ｍｉｎ自身に与えられ、エンジン内の酸素ガスが高温に加熱される。この加熱された酸素ガスを駆動エンジン装置全体に断熱材を覆うことで、熱が外部へ逃げる熱ロスを防止できる。この駆動エンジン装置内の状況で、複数の円錐状のガス噴出管９０１１を介して酸素ガスを宇宙空間に連続して噴出させるようにすれば、円錐状のガス噴出管９０１１において、所定方向の酸素ガスに整流した噴出ガスになり、良質な推力を有するエンジンとなる。このように、オゾンエンジンは、酸素ガス運動エネルギーを利用している。
【０３１８】
駆動エンジン装置に供給するオゾンガス流量Ｑが１０ｍＬ／ｍｉｎは、０．１６７ｃｍ３／ｓに相当するから、そのガス流量に占めるオゾンの全オゾンガス流量ＱO3は、オゾン濃度４００ｇ／ｍ３（１８６７００ｐｐｍ）として、以下の式(7)から求められる。
【０３１９】
ＱO3＝Ｑ・０．１８６７＝０．０３１１（ｃｍ３／ｓ）…(7)
【０３２０】
また、１モルのオゾン分解熱である３９３（ｋＪ）を１ｃｍ３当たりの分解熱に換算すると、１７．５４（Ｊ／ｃｍ３）となり、０．０３１１ｃｍ３/ｓの全オゾンガス流量ＱO3が分解して発する熱エネルギー量Ｘ０は、以下の式(8)から求められる。
【０３２１】
Ｘ０＝１７．５４・０．０３１１＝０．５４５（Ｗ）…(8)
【０３２２】
算出したオゾンガスの分解熱エネルギー量Ｘ０＝０．５４５（Ｗ）は、供給された酸素流量に分散され、以下の式(9)で求められる酸素ガスの平均運動エネルギーＸａｖ（Ｗ）として、マイクロ波共振チャンバー内を噴出することになる。
【０３２３】
Ｘａｖ（Ｗ）＝０．１８６７・Ｘ０＝０．１０２（Ｗ）…(9)
【０３２４】
この平均運動エネルギーＸａｖ＝０．１０２（Ｗ）は、マイクロ波共振チャンバー内の全方向に噴出する熱運動エネルギーであるため、駆動エンジン装置全体を断熱させ熱の外部への伝達を防ぎ、この平均運動エネルギーＸａｖを所定方向に加速できる酸素ガスの噴出エネルギーに変換できれば、高出力の推力が得られるオゾンエンジンを実現できる。ちなみに、１Ｎの推力を有する物体を１ｍ動かすエネルギーが１Ｊであるため、１０ｍＬ／ｍｉｎで４００ｇ／ｍ３のオゾンガスを分解させたオゾンエンジンの推力は、おおよそ０．１０２（Ｎ）に相当になる。
【０３２５】
図１３において、特に、オゾンガスの分解熱エネルギーで得た酸素ガスが噴出する運動エネルギーＸａｖ＝０．１０２（Ｗ）を一定方向に流れる整流ガスに変換することを工夫した構造のオゾンエンジン構成と整流噴出させる動作作用について説明する。
【０３２６】
図１３は、第３のオゾンガス利用システムにおいて、光源式オゾンガス発生装置と組合せたオゾンによる衛生用の駆動エンジンであるオゾンエンジンの構成を模式的に示す説明図である。
【０３２７】
図１３において、駆動エンジンであるオゾンエンジン９００１は、導波路管９００３を介してマグネトロン発振器９００２から発せられるマイクロ波エネルギーを受ける。導波路管９００３はマグネトロン発振器９００２から発するマイクロ波エネルギーを送るための導波路管である。
【０３２８】
衛星用光源式オゾンガス発生装置９００４は、衛星用に小型化した光源式オゾンガス発生装置であり、例えば、実施の形態１のオゾンガス発生装置や後述する図１４で示す光源式オゾンガス発生装置が考えられる。衛星用光源式オゾンガス発生装置９００４は、内部に光源式オゾン発生器９００５ａとＬＥＤ光源電源９００５ｂとを有している。
【０３２９】
断熱材９００７は、オゾンエンジン９００１全体を断熱させる断熱材である。この断熱材９００７は、エンジン内をマイクロ波加熱した熱エネルギーが熱としてエンジンの外壁から熱が伝導や放射熱として逃げることを防ぐために施されている。
【０３３０】
高濃度オゾンガス供給配管９０８に設けられる圧力調整用バルブ９０８ａは光源式オゾン発生器９００５ａ内の圧力調整用バルブである。
【０３３１】
光源式オゾン発生器９００５ａは、酸素ガス供給配管９０７を介して酸素ガス推進剤９００６から酸素ガスを原料ガスとして供給し、実施の形態１のオゾンガス発生装置と同様な原理でオゾンガスを発生している。光源式オゾン発生器９００５ａから発生したオゾンガスは、圧力調整用バルブ９０８ａ及び高濃度オゾンガス供給配管９０８を介してオゾンエンジン９００１に所定流量で供給される。
【０３３２】
オゾンエンジン９００１は、酸素ガスを整流した噴出ガスにして噴出させるための複数個の円錐状のガス噴出管９０１１で構成した整流ガス噴出ブロック９０１０とマイクロ波共振チャンバー９１００とから構成され、マイクロ波共振チャンバー９１００に、オゾン発生器から発生したオゾンガス供給口４１と導波路管９００３に繋がるマイクロ波エネルギー供給口４５が設けられている。
【０３３３】
また、マイクロ波共振チャンバー９１００の背面にはオゾン分解熱で得たガスエネルギーの反作用力を緩衝させるための緩衝材９１１０を有している。マイクロ波共振チャンバー９１００は、さらに、緩衝材９１１０と連結するように、凹形状の鏡面仕上げした噴出ガス反射板９１２０、ベロー管９１３０、及び共振チャンバー筒管９１４０をさらに有している。マイクロ波共振チャンバー９１００は、その前面部には共振チャンバー内のマイクロ波が漏れを防ぐ、網状のマイクロ波防止板９１５０で覆われている。
【０３３４】
このマイクロ波共振チャンバー９１００には、衛星用光源式オゾンガス発生装置９００４から、オゾン濃度４００ｇ／ｍ３のガスが約１０ｍＬ／ｍｉｎの流量でオゾンガスが供給され、マイクロ波共振チャンバー９１００内のガス圧力は、約２０ｍＰａを維持して供給される。そして、マイクロ波共振チャンバー９１００は、供給されたオゾンガスに対し、導波路管９００３から送られたマイクロ波エネルギーでマイクロ波加熱して、オゾンガスが分解する温度までオゾンガスを加熱させている。
【０３３５】
マイクロ波共振チャンバー９１００の全内面は鏡面仕上げがされており、マイクロ波で加熱することで、ガス流量１０ｍＬ／ｍｉｎで供給されているオゾンガスはオゾンガスの分解熱で、マイクロ波共振チャンバー９１００内は常に運動エネルギーＸａｖ＝０．１０２（Ｗ）を持った高温の酸素ガスになり、複数個の円錐状のガス噴出管９０１１を介して、噴射酸素ガス９０９として宇宙空間に噴出して、所定の推力を持つオゾンエンジン機能を有するようにしている。ここで、オゾンガスの分解熱で得た運動エネルギーＸａｖは、熱分解によるガスの運動エネルギーになるため、高温の酸素ガスはマイクロ波共振チャンバー９１００の全方向に向かった運動エネルギーで加速する。そして、噴出ガス流れ方向以外のガスに対しては、１つは、オゾンエンジン９００１全体を断熱材９００７で覆うことにより熱が外部壁から逃げるのを防止し、かつ、チャンバー内面を鏡面化させることで、壁面に衝突した運動エネルギーを壁面にできるだけ吸収させずに反射させることで、高温の酸素ガスの向きをガス噴射方向に向きを変えさせる。また、マイクロ波共振チャンバー９１００の反射板９１２０を凹レンズ形状の鏡面にすることで、反射面に衝突した酸素ガスは、できるだけ並行反射することで、噴射ガス流れ方向に矯正させるチャンバー形状にしている。さらに、チャンバー９１００の内面に衝突することで、噴射推進方向と逆方向の反作用の推進力については、衛星自身に影響を与えないように、マイクロ波共振チャンバー９１００自身で吸収するように、マイクロ波共振チャンバー９１００の背面に緩衝材９１１０の設置とベロー管９１３０を設け、逆方向の推力の低減化を図っている。
【０３３６】
これらの対策をしたチャンバー９１００内の運動流れを矯正した噴射酸素ガスをマイクロ波共振チャンバー９１００の前面の網状のマイクロ波防止板９１５０を介して複数個の円錐状のガス噴出管９０１１に導くようにして、円錐状のガス噴出管９０１１から所定推力の酸素ガスを噴出させるようにしている。つまり、マイクロ波共振チャンバー９１００から噴出した高温の酸素ガスは、内面を鏡面化した円錐状のガス噴出管９０１１を通すことで、噴出酸素ガスを円錐状のガス噴出管９０１１の内壁に弾性衝突を繰り返しながら噴出口径が小さくなり、円錐状のガス噴出管９０１１でより整流化されたガスを宇宙空間に噴出させることで安定した推力を得る。
【０３３７】
以上、第３のオゾンガス利用システムで用いられるオゾンエンジン９００１は、電気動力源からＬＥＤ光源を介して小流量の高濃度オゾンを発生できる衛星用光源式オゾンガス発生装置９００４から受けるオゾンガスを推進剤にしている。そして、オゾンガスの分解熱で得た熱運動エネルギーを供給した酸素ガスを高温酸素ガスの運動エネルギーに変換させ、マイクロ波共振チャンバー９１００で加熱した高温酸素ガスによる噴出ガスの運動エネルギーの反作用力を緩衝材９１１０で吸収させ、さらに、この高温噴出酸素ガスを円錐状のガス噴出管９０１１に通し、より良質な整流ガスにして宇宙空間に噴出させることにより、指向性の良い、安定した推力を得たものである。
【０３３８】
このオゾンエンジンでは、一部を電離したイオン粒子を電界加速させたイオンエンジンではなく、イオン粒子密度よりはるかに高密度で、かつ高エネルギーを有する高濃度オゾンガスを推進剤として、オゾンの分解熱を利用した高温酸素ガスの噴出で推進力を得ているため、より高濃度のオゾンガスが供給できれば、より高推力のエンジンができる。また高推力のエンジンになれば、推進剤の消費量も得られ高寿命なエンジンにできる。
【０３３９】
このオゾンエンジンの推進剤は酸素ガスであるため、安価な推進剤である。また、光源式のオゾンガス発生装置の電源容量は小さく、マイクロ波加熱によるオゾンガス加熱エネルギーも数十（Ｗ）となるため、イオンエンジンの電気容量が約２５０（Ｗ）に比べ、小電力で高推力のエンジンを得られる可能性を持つ。
【０３４０】
このオゾンガスを用いた衛星用の駆動エンジン装置では、高濃度のオゾンガスが望ましく、光源式オゾンガス発生装置で高濃度オゾンガスを出力する手段として、オゾン発生器内のガス圧力を下げれば、オゾン発生器内で生成するオゾン生成効率は下がるが、生成したオゾンガスが衝突で分解する量は下がるため、結果として、オゾン発生器内のガス圧力を下げたオゾン発生器にすれば、高濃度のオゾンガスを取り出せることになる。特に、小流量の高濃度オゾンガスが目的であり、出力側のマイクロ波共振チャンバー９１００の内圧も数十ｍＰａ程度の負圧であるため、衛星用の光源式オゾンガス発生装置のオゾン発生器では、発生器内圧を負圧力にしたものが望ましい。
【０３４１】
図１４は、衛星用の駆動エンジン装置における衛星用の光源式オゾンガス発生装置９００の内部構成を示す説明図である。図１４において、光源式オゾンガス発生装置９００内に、小流量で高濃度のオゾンガスを発生できる小型の光源式の光源式オゾン発生器９０１を有している。
【０３４２】
図１４において、光源式オゾン発生器９０１は、小ガス流量、軽く、かつ小型を特徴としたオゾン発生器であり、高濃度のオゾンガスを取り出すための宇宙航行用の駆動エンジン装置における衛星用の光源式のオゾン発生器構造をしている。
【０３４３】
この光源式オゾン発生器９０１は、光源と光触媒の酸素解離能力を組合せた、直接光を発する光源からの光エネルギーを利用したオゾン発生器である。より詳細には、光を発する光源の光波長を、光照射によって光触媒の活性化が可能な特定波長範囲を有する波長の照射光を発することのできるＬＥＤ光源を並べる。この並べたＬＥＤ光源に対向した位置に、光触媒物質を構成材料とした光触媒膜を配置することで、光触媒膜の光触媒物質を活性化させる、この活性化した光触媒膜の触媒能力で持って、酸素ガスを解離させることで、オゾンガスを生成できるようにしたオゾン発生器構成をしている。
【０３４４】
また、宇宙航行用の駆動エンジン装置における衛星用の光源式の光源式オゾン発生器９０１では、マイクロ波共振チャンバー９１００の内圧は、数十ｍＰａ程度の非常に低い低真空圧負圧であるため、オゾンエンジン内へ送り込む高濃度オゾンガスの吐出圧力も、マイクロ波共振チャンバー９１００の内圧の数百倍以上の数Ｐａ以上の負圧状態でも、ガス流量１０ｍＬ／ｍｉｎの小流量のオゾンガスを衛星用の光源式の光源式オゾン発生器９０１から宇宙航行用の駆動エンジン装置に出力できる。
【０３４５】
また、光源式オゾン発生器９０１の動作圧力が低いほど、生成したオゾンガスの粒子間衝突によるオゾン分解も少なく、高濃度のオゾンガスを取り出せるメリットが生じる。そのため、光源式オゾン発生器９０１のオゾン生成能力に影響が少ないのであれば、動作圧力が低いほど良く、大気圧以下の負圧でのオゾン発生器の動作圧力が望ましい。
【０３４６】
したがって、衛星用の光源式オゾン発生器９０１のガス内圧ＧＰにおいては、出力するガス流量１０ｍＬ／ｍｉｎの吐出圧力よりも十分に高い圧力であればよく、衛星用の光源式オゾン発生器９０１のガス内圧Ｐは負圧状態（真空条件下）でオゾンを生成しても、十分所定ガス流量が流せることになる。
【０３４７】
図１４で示す光源式オゾン発生器９０１においては、光源式オゾン発生器９０１内の圧力ＧＰを３．９５ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）の真空容器にした発生器外管７０３とし、発生器外管７０３内の上流部７０３Ａに内管７０５を、オゾン生成空間３のガスギャップ長を約数ｍｍ空けたガス空間用スペーサ１ｃで支えて配置している。そして、光源式オゾン発生器９０１において、発生器外管７０３の下流部７０３Ｂは、円錐状の空間を形成し、円錐状の頂部からオゾン生成空間３で生成した高濃度のオゾンガスは圧力調整用バルブ９０８ａを介して高濃度オゾンガス供給配管９０８へ出力され、衛星用のオゾンエンジン９００１に所定流量の高濃度のオゾンガスＧOUTが供給される。
【０３４８】
光源式オゾン発生器９０１において、原料ガスである酸素ガスは、酸素ガス供給配管９０７からオゾン発生器内の発生器外管７０３と内管７０５間のオゾン生成空間３を通過する。この発生器外管７０３の上流部８０３Ａには複数個のＬＥＤ素子７０４を直並列配置したＬＥＤ光源群１ｂで覆われる。
【０３４９】
ＬＥＤ光源群１ｂを構成する複数のＬＥＤ素子７０４は、ＬＥＤ点灯用電源９０２から供給される駆動電圧ＶＤＣによって点灯／消灯が制御される。点灯時におけるＬＥＤ光源群１ｂからのＬＥＤ光の照射により、発生器内管７０５の外面に塗布された光触媒膜２ａがＬＥＤ光の光エネルギーを吸収して、活性化状態である光触媒状態になっている。この光触媒状態なっている光触媒膜２ａを流路面としたオゾン生成空間３内の通過することで、原料ガスである酸素ガスは、酸素原子に解離される。解離された酸素ガスは、オゾン生成空間３でも酸素ガスとの衝突反応でオゾンガスが生成されるが、オゾン発生器内のガス圧ＧＰが真空状態の３．９５ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）と非常に低いため、オゾン生成空間３でのオゾン生成反応は低くなり、解離された酸素原子の多くは、発生器外管７０３の上流部７０３Ａを通過して、発生器外管７０３の下流部７０３Ｂの円錐空間に到達する。
【０３５０】
下流部７０３Ｂの円錐空間のオゾン生成部では、ガス断面積（図１４の上下方向に沿った断面における断面積に相当）が大きくなったことで、ガス流速が遅くなることで、オゾン生成するための酸素原子と酸素分子との衝突によるオゾン生成反応が促進され、この部分で高濃度のオゾンガスが生成される。
【０３５１】
また、通常の放電式オゾン発生器においては、オゾンガスの取出し部の圧力は、所定放電を維持させるために２００ｋＰａ程度の高圧力であるため、オゾン発生器内で高濃度のオゾンが生成されても、オゾン発生器内や取出し配管部でオゾンは衝突し、取出しオゾン濃度が低くなる問題点があった。
【０３５２】
一方、衛星用の光源式オゾン発生器９０１においては、発生器内の圧力ＧＰを３．９５ｋＰａ（３０Ｔｏｒｒ）の真空状態でのオゾン発生が可能になったことで、生成した高濃度のオゾンガスは、ガスとの衝突頻度が非常に小さくなる利点が生じ、その結果、発生器外管７０３の下流部７０３Ｂで生成した高濃度オゾンガスがほとんど分解されずに取り出せる効果が生じる。
【０３５３】
第３のオゾンガス利用システムに用いる光源式のオゾンガス発生装置の光源として、ＬＥＤ光源を用いたものについて述べたが、小出力の光源であるため、光源として、固体レーザ発振器からのレーザ光源であっても良い。
【０３５４】
また、光を導く手段として、光ファイバーを用いれば、遠隔からオゾン発生器への供給が可能になる。例えば、太陽からの光を直接光ファイバーに受光させて、その太陽光エネルギーからオゾンガスを発生させられることも可能になる。
【０３５５】
図１４において、衛星用の光源式オゾン発生器９０１として、負圧タイプ（真空タイプ）の光源式のオゾン発生器構成について述べたが、この負圧タイプ（真空タイプ）の光源式のオゾン発生器構成は、第１のオゾンガス利用システムの半導体製造装置の真空用オゾンガス発生装置にも有効な構成になり得る。
【０３５６】
このように、第３のオゾンガス利用システムは以下のように構成される。実施の形態１のオゾンガス発生装置や図１３で示した光源式オゾンガス発生装置９００で代表される光源式オゾンガス発生装置と、オゾンガスを利用して推力を得るオゾンエンジン９００１とを備え、光源式オゾンガス発生装置から発生したオゾンガスがオゾンエンジン９００１に供給される。
【０３５７】
第３のオゾンガス利用システムは上記構成を有するため、小型な構成で高濃度なオゾンガスを利用して推力を得るオゾンエンジンシステムを実現することができる。
【０３５８】
＜その他＞
光源式のオゾンガス発生装置の光源として、特定波長範囲の波長を有するＬＥＤ光を照射するＬＥＤ光源を用いたオゾン発生器を主として述べたが、特定波長を発光する光源として、エキシマランプ光源、水銀ランプ光源もしくは固体レーザ光源を用いた光源方式のオゾン装置においてもこの発明は適用される。
【０３５９】
また、上述した実施の形態では、ＬＥＤ光に代表される照射光の特定波長範囲を「３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下」に設定した例を示したが、効果が少し低くなるが「２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下」に特定波長範囲を拡張する態様も考えられる。
【０３６０】
また、光源を光源式オゾン発生セル部に設ける方式を示したが、光ファイバーから特定波長の光を導き、光触媒面にスポットで照射した光源方式のオゾン装置においてもこの発明は適用される。
【０３６１】
光源式のオゾンガス発生装置の光源式オゾン発生セルとして、複数の光源面から構成されるＬＥＤ光源群１ｂを示したが、１つの光源と対向配置した光触媒膜で形成した小型光源式オゾン発生セルに適用したものも、この発明は適用される。
【０３６２】
光源方式のオゾン装置として、光源部を有する励起用光照射ユニット１を水冷する方式を示したが、風冷タイプのものでも本発明と同様の効果を奏する。
【０３６３】
光源方式のオゾン装置として、光源部を有する励起用光照射ユニット１を冷却する方式を示したが、光触媒膜２ａを有する光触媒ユニット２を冷却しても本発明と同様の効果を奏する。
【０３６４】
さらに、特定波長範囲の波長を有する照射光を照射する光源部と光源部に対向した部分に光触媒膜を設けた構成の光源式オゾン発生セルをオゾンガス生成部として示したが、同様な光源部と光触媒膜を組合せたもので、他のガスもしくは液体を流し、他のガスもしくは液体を光触媒効果で解離もしくは分解させる機能を有した光源式ガス発生セルにおいても、この発明は適用される。
【０３６５】
第１〜第３のオゾンガス利用システムは、実施の形態１のオゾンガス発生装置や図１１及び図１４で示した光源式オゾンガス発生装置を利用する形態で説明したが、実施の形態２のオゾンガス発生装置あるいは拡張例のオゾンガス発生装置を用いても良いことは勿論である。
【０３６６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【０３６７】
１，１Ｂ  励起用光照射ユニット
１ａ  冷却・オゾンガス取出基板
１ｂ，１ｂ１，１ｂ２，１ｂ３  ＬＥＤ光源群
１ｃ  ガス空間用スペーサ
２，２Ｈ，２Ｌ  光触媒ユニット
２ａ  光触媒膜
２１，２２  光触媒基材
５０  オゾン発生器
１００  励起光源用電源
９００，９００４  光源式オゾンガス発生装置
７００１  光源式オゾン発生器
７００２  ＬＥＤ点灯用電源
９００１  オゾンエンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020007192.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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