(57)【要約】【課題】  接地電極および高電圧電極のいずれか一方の表面に誘電体層が施されたものにおいて、誘電体層の表面に絶縁されたギャップ支持体を比較的容易にかつ確実に設けることが可能な無声放電形オゾン発生器を提供することにある。【解決手段】  同軸円筒状に構成された２つの電極のうち、外側電極を金属からなる接地電極管１とし、内側電極を金属からなる高電圧電極管３とし、一方の高電圧電極管３の外周表面に誘電体１２を施し、接地電極管１と高電圧電極管３との間に放電空間を形成し、これら両電極管に交流電圧を印加して放電空間に酸素を含むガスを通流しつつ無声放電を生じさせてオゾンを生成する無声放電形オゾン発生器において、高電圧電極管３に施された誘電体面に、セラミックの無機系絶縁物１３を誘電体材に固着することにより、放電空間の距離を維持する支持体６を設けている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの電極のうち、外側電極を金属からなる接地電極とし、内側電極を金属からなる高電圧電極とし、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方の表面に誘電体を施し、前記接地電極と前記高電圧電極との間に放電空間を形成し、これら両電極に交流電圧を印加して前記放電空間に酸素を含むガスを通流しつつ無声放電を生じさせてオゾンを生成する無声放電形オゾン発生器において、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方に施された誘電体面に、セラミックの無機系絶縁物を誘電体材に固着することにより、前記放電空間の距離を維持する支持体を設けたことを特徴とする無声放電形オゾン発生器。
【請求項２】
前記支持体のセラミックの無機系絶縁物は、ジルコニア、フォルステライト、マグネシア、アルミナ、ムライトセラミックであることを特徴とする請求項１に記載の無声放電形オゾン発生器。
【請求項３】
前記支持体のセラミックの無機系絶縁物は、球状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の無声放電形オゾン発生器。
【請求項４】
前記支持体は、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方の両端部の誘電体面に２個以上の複数個で、設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無声放電形オゾン発生器。
【請求項５】
前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方の両端部の誘電体面に設置される前記支持体表面のセラミックの無機系絶縁物は、誘電体材によって覆われていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無声放電形オゾン発生器。
【請求項６】
前記放電空間距離は、両電極の寸法による残された放電空間内において、前記支持体の凸部を任意の高さに研削することにより、調整することが可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の無声放電形オゾン発生器。
【請求項７】
前記支持体の凸部を研削した周辺には、セラミックの無機系絶縁物の誘電体材が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の無声放電形オゾン発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ギャップによる無声放電により酸素または酸素を含む気体からオゾンを発生させるものであって、上下水処理、パルプ漂白処理、殺菌処理などに用いられるオゾン発生器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オゾン発生器は、オゾンが持つ殺菌・脱色・脱臭力を利用して水処理施設などの分野において広く使用されている。従来で使用されている円筒式のオゾン発生器としては、例えば、図５および図６に示すものがある。
【０００３】
すなわち、図５に示すオゾン発生器では、内面に絶縁のための誘電体層２が施された接地電極管１と高電圧電極管３とを備え、これら接地電極管１と高電圧電極管３とは、１ｍｍ内外の微小ギャップを介して同軸的に配置されており、一端より原料ガスを供給し、両電極管１，３に４〜１０ｋＶの交流電圧を印加して空隙において無声放電を生じさせ、他端よりオゾン化ガスを排出するように構成されている。原料ガスとしては、乾燥された酸素や空気が用いられている。
誘電体層２が施された接地電極管１と高電圧電極管３とに交流高電圧を印加して微小ギャップ内に無声放電を生じせしめると、原料ガス中の酸素分子の一部が加速電子に従って酸素原子に変換され、この酸素原子と酸素分子とが結合することにより、オゾンが形成されて発生することになる。
【０００４】
酸素分子をオゾン化する無声放電部のギャップは、誘電体層２が施された接地電極管１の内径寸法と高電圧電極管３の外形寸法との差によって形成されるものであり、放電ギャップ巾の維持と高電圧電極管３の支持は、高電圧電極管３の両端に少なくとも２個設置されるギャップ支持体６により行われている。
これらギャップ支持体６は、高電圧電極管３に金属部品を溶接等で固定することによって設けられている。このギャップに生じる無声放電空間を原料ガスが導入・通過することにより、オゾン化ガスが生成されることになる。
【０００５】
一方、図６に示す無声放電形のオゾン発生器では、外管となる接地電極管１と、表面に誘電体層2が施された内管となる高電圧電極管３とを備え、該高電圧電極管３は接地電極管１内に挿入され、接地電極管１と高電圧電極管３とが１ｍｍ内外のギャップを介して同軸的に配置されており、図５のオゾン発生器と同様、この両電極管１，３に交流電圧を印加して無声放電を生じさせることによりオゾンを発生させている。また、放電ギャップ巾の維持と高電圧電極管３の支持は、図５のオゾン発生器と同様、高電圧電極管３の両端に少なくとも２個設置されるギャップ支持体６により行われている。なお、図５および図６において、符号４は給電用端子、符号５は冷却用の導入排水口である。
【０００６】
このようなギャップを形成するギャップ支持体６は、金属管である接地電極管１または高電圧電極管３に金属部品を設置したり、または溶接等にて固定したりすることにより設けられていた（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開昭６３−１７２０７号公報
【特許文献２】特開２００２−２５５５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図５に示すようなオゾン発生器においては、ギャップ支持体６が高電圧電極管３側に設けられているので、高電圧電極管３を接地電極管１内に挿入する場合などに、ギャップ支持体６が接地電極管１の内面の誘電体層２に接触し、誘電体層２を傷付けたりして絶縁破壊を生じるおそれがあった。
【０００８】
また、図６に示すような無声放電形のオゾン発生器においては、高電圧電極管３の表面に誘電体層２が施されており、該誘電体層２はガラス、セラミック等の緻密な無機材料で構成されているので、その高電圧電極管３の無機材料の表面に、無声放電空間を維持し、かつ高電圧電極管３を支持する金属部品のギャップ支持体６を溶接により固定することができなかった。本方式において、金属ギャップ支持体６を溶接等で、高電圧電極管３に接合固定できないのは、高電圧電極管３の表面に絶縁層でもある誘電体層２が設けられており、この表面に金属を溶接などにより接合しようとすると誘電体層２が溶融破壊されて、金属部が露出し、絶縁が維持できなくなるからである。
【０００９】
なお、誘電体層２の表面に、溶接ではなく、接着剤、例えばエポキシ樹脂等でギャップ支持体６を接着する方法も考えられるが、有機系の樹脂では、放電やオゾンによって樹脂が損傷したり、劣化したりするので、ギャップ支持体６の接着力が低下し、高電圧電極管３の支持部が脱落するおそれがあった。
【００１０】
一方、誘電体層２を排除し、ギャップ支持体６を高電圧電極管３に接合すると、絶縁性が失われるために、無声放電空間を構成することができなくなってしまう。また、誘電体層２の無い接地電極管１内にギャップ支持体６を設置することも可能であるが、図５のオゾン発生器と同様、高電圧電極管３を接地電極管１内に挿入において、誘電体層２の表面が接地電極管１の内部に接触し、ギャップ支持部に擦れ、傷や金属の付着が生じるため、誘電体層２の絶縁破壊を生じるおそれがあった。
【００１１】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、接地電極および高電圧電極のいずれか一方の表面に誘電体層が施されたものにおいて、誘電体層の表面に絶縁されたギャップ支持体を比較的容易にかつ確実に設けることが可能な無声放電形オゾン発生器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記従来技術の有する課題を解決するために、請求項１の本発明では、２つの電極のうち、外側電極を金属からなる接地電極とし、内側電極を金属からなる高電圧電極とし、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方の表面に誘電体を施し、前記接地電極と前記高電圧電極との間に放電空間を形成し、これら両電極に交流電圧を印加して前記放電空間に酸素を含むガスを通流しつつ無声放電を生じさせてオゾンを生成する無声放電形オゾン発生器において、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方に施された誘電体面に、セラミックの無機系絶縁物を誘電体材に固着することにより、前記放電空間の距離を維持する支持体を設けている。
【００１３】
請求項２の本発明では、請求項１の発明において、前記支持体のセラミックの無機系絶縁物は、ジルコニア、フォルステライト、マグネシア、アルミナ、ムライトセラミックである。
【００１４】
請求項３の本発明では、請求項１または２の発明において、前記支持体のセラミックの無機系絶縁物は、球状に形成されている。
【００１５】
請求項４の本発明では、請求項１〜３の発明のいずれかにおいて、前記支持体は、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方の両端部の誘電体面に２個以上の複数個で、設置されている。
【００１６】
請求項５の本発明では、請求項１〜４の発明のいずれかにおいて、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方の両端部の誘電体面に設置される前記支持体表面のセラミックの無機系絶縁物は、誘電体材によって覆われている。
【００１７】
請求項６の本発明では、請求項１〜５の発明のいずれかにおいて、前記放電空間距離は、両電極の寸法による残された放電空間内において、前記支持体の凸部を任意の高さに研削することにより、調整することが可能に構成されている。
【００１８】
請求項７の本発明では、請求項１〜６の発明のいずれかにおいて、前記支持体の凸部を研削した周辺には、セラミックの無機系絶縁物の誘電体材が設けられている。
【発明の効果】
【００１９】
上述の如く、請求項１の本発明では、２つの電極のうち、外側電極を金属からなる接地電極とし、内側電極を金属からなる高電圧電極とし、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方の表面に誘電体を施し、前記接地電極と前記高電圧電極との間に放電空間を形成し、これら両電極に交流電圧を印加して前記放電空間に酸素を含むガスを通流しつつ無声放電を生じさせてオゾンを生成する無声放電形オゾン発生器において、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方に施された誘電体面に、セラミックの無機系絶縁物を誘電体材に固着することにより、前記放電空間の距離を維持する支持体を設けているので、接地電極または高電圧電極の誘電体層の表面に、絶縁体であるセラミック材を放電ギャップ支持体として、誘電体層の形成時に施工することによって、絶縁されたギャップ支持体を誘電体層の表面に強固に固定できる。しかも、請求項１の本発明によれば、接地電極と高電圧電極との絶縁性が高く、高電圧が維持されるので、高濃度のオゾンを安定よく発生させることができる。
【００２０】
請求項２の本発明では、前記支持体のセラミックの無機系絶縁物が、ジルコニア、フォルステライト、マグネシア、アルミナ、ムライトセラミックであり、ギャップ支持体であるセラミック材を接地電極または高電圧電極や誘電体層の材質に適合する種々の材料を選定することが可能であるから、接地電極、高電圧電極および誘電体層の材料選択の範囲が広くなり、オゾン発生効率の高いオゾン発生器を提供することができる。
【００２１】
請求項３の本発明では、前記支持体のセラミックの無機系絶縁物が球状に形成されているので、球状のセラミックボールを誘電体層に設けることによりセラミックボールの周辺に生じる気泡や僅かな隙間が無くなり、誘電体層内での部分放電の発生やこの放電による劣化を無くし、高電圧および高周波の印加によって、オゾンの発生効率を向上させることができる。
【００２２】
請求項４の本発明では、前記支持体が前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方の両端部の誘電体面に２個以上の複数個で、設置されているので、円筒管形オゾン発生器などの場合、接地電極管と高電圧電極管との中心円精度が向上し、円周内の放電ギャップでの誘電体層を介した無声放電が安定しかつ均一に行われることになる。
【００２３】
請求項５の本発明では、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方の両端部の誘電体面に設置される前記支持体表面のセラミックの無機系絶縁物が、誘電体材によって覆われている。また、請求項７の本発明では、前記支持体の凸部を研削した周辺に、セラミックの無機系絶縁物の誘電体材が設けられている。したがって、請求項５および請求項７の本発明によれば、誘電体層のギャップ支持体の設置および施工において、ギャップの表面および周辺部に誘電体層を形成することにより、ギャップ支持体を誘電体層内に強固に固定でき、接地電極や高電圧電極へのセッテング等での支持体の耐磨耗および耐衝撃性を向上させ、支持体の機械的強度を向上させることができる。さらに、ギャップ支持体周辺の誘電体による絶縁層の膜厚を厚く形成することが可能になることから、ギャップ支持体周辺での耐電圧が向上し、ギャップ支持体周辺での絶縁破壊が無くなり、信頼性の向上が図れる。
【００２４】
請求項６の本発明では、前記放電空間距離が、両電極の寸法による残された放電空間内において、前記支持体の凸部を任意の高さに研削することにより、調整することが可能に構成されているので、放電ギャップの寸法を制御でき、円筒管形オゾン発生器などの場合、接地電極管と高電圧電極管との中心円精度を向上させ、円周内の放電ギャップでの誘電体層を介した無声放電の安定化および均一化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る無声放電形オゾン発生器を、図面を参照しながら説明する。ここで、図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態に係る無声放電形オゾン発生器において、ギャップ支持体の形成方法の工程を説明する断面図である。なお、本発明の実施の形態に係るオゾン発生器全体の構造は、基本的に図６のオゾン発生器と同等である。
【００２６】
本発明の実施の形態に係るオゾン発生器は、図６に示す如く、同軸円筒状に構成された２つの電極のうち、外側電極を金属からなる接地電極管１とし、内側電極を金属からなる高電圧電極管３とし、高電圧電極管３の外周表面に誘電体を施すことにより誘電体層２を形成すると共に、接地電極管１と高電圧電極管３との間に放電空間を形成し、これら両電極管１，３に交流電圧を印加して放電空間に酸素を含むガスを通流しつつ無声放電を生じさせてオゾンを生成する円筒管形無声放電形オゾン発生器である。
このようなオゾン発生器の高電圧電極管３は、低炭素鋼またはステンレス合金鋼の金属材料からなる円筒管であり、その両端部には、溶接あるいはシボリ加工により形成した蓋が設けられている。この高電圧電極管３の蓋には、高電圧の給電用端子４が設けられており、管内冷却が必要の場合は冷却用の導入排水口５が設置されている。
【００２７】
また、高電圧電極管３の外周表面には、絶縁材料であるセラミックを鋼材の機械的特性に合わせた下地層の上にオゾン発生器に適した低誘電率、低誘電損失でかつ温度的に安定した電気特性を持つ誘電体層２が形成され、多層構造として構成されている。
【００２８】
この構成において、本実施形態のオゾン発生器では、誘電体層２の形成時に、高電圧電極管３の支持および放電ギャップを維持するために、ギャップ支持体６となるセラミックボールを円筒管端部の誘電体層３に設けることによって、ギャップ支持体６としている。
【００２９】
次に、このギャップ支持体６の施工方法を図１に示す施工工程の断面図により、誘電体層２にガラス材を用いた方法で説明する。
図１（ａ）〜（ｄ）は、図６におけるオゾン発生器の高電圧電極管３、誘電体層２のギャップ支持体６の拡大図で、施工順に示す工程図であり、高電圧電極管３は金属材１０、誘電体層２は誘電体１２ａ，１２ｂ、ギャップ支持体６はセラミックボール１３として示されている。
【００３０】
まず、金属材１０の低炭素鋼またはステンレス合金鋼とガラス材との密着性を向上させるために、金属材１０の表面を、数μｍ厚のＮｉメッキあるいはアルミナや炭化ケイ素等の研磨粉のショットブラストにより粗面化する。そして、金属材１０の上に、金属と密着性が高い鉄、ニッケル、コバルトなどの酸化物を含むソーダガラスやホウケイ酸ガラスの粉末のスラリーをデッピングや噴霧により塗布した後に乾燥し、７００から１０００℃の温度で焼成し、ベース層１１となるガラス層を形成する（図１（ａ）参照）。
【００３１】
その後、オゾン発生器に適した低誘電率、低誘電損失でかつ温度的に安定な低アルカリ成分のガラス粉のスラリーを塗布した後に乾燥し、ベース層１１のガラスと同様に、７００から１０００℃の温度で焼成し、耐電圧やオゾン発生特性が良好な膜厚となるまで、数回、この操作を繰り返して行い、所定の膜厚として誘電体１２ａを形成する（図１（ｂ）参照）。
【００３２】
この誘電体１２ａの形成過程において、ガラス粉のスラリーを塗布し、乾燥前に、ギャップ支持体６を構成する絶縁物であるセラミック材のボール１３を設け、それらを乾燥した後、焼成する。外装表面の誘電体１２ｂは、ボール１３の設置表面に塗布および焼成され、ボール１３の表面は誘電体１２ｂで覆われることになる。
【００３３】
図６に示す如く、高電圧電極管３の両端部の誘電体層２の外周表面に少なくとも２個のボール１３を所定の間隔で設置することにより、高電圧電極管３である両端部の誘電体層２の表面に絶縁された球状のギャップ支持体６が設けられることになる。
また、ギャップ支持体６のセラミック材であるボール１３は、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、ムライト、フォルステライト、ステアタイト、普通磁器などで、誘電体層２とする誘電体１２および高電圧電極管３の金属材１０の熱膨張係数等から、これら特性に近いものが選ばれる。さらに、ギャップ支持体６の形状としては、球状、円柱、角柱等が挙げられるが、本実施形態では、誘電体１２に設けたギャップ支持体６であるボール１３の周辺に気泡や僅かな隙間等が生じるとその部分で部分放電が生じることから、このような部分放電が生じない球状のセラミックボール１３が用いられている。
【００３４】
また、放電ギャップの寸法精度を安定させるため、ギャップ支持体６であるボール１３の凸部をダイヤモンド等の研削工具で、任意の高さに研削することにより、ギャップ支持体６を規定の支持高さとした。この研削により、高電圧電極管３の両端部の誘電体層２の表面に絶縁されたギャップ支持体６を容易に設けることが可能となる。
【００３５】
さらに、ボール１３の周辺には誘電体１２ｂがあり、ボール１３の周囲の誘電体層が厚く保護される形状となるように形成されている。
すなわち、誘電体層２であるガラス層やセラミック層の形成時に、絶縁物であるセラミック体をその形成する層内に設置および固定化して凸状の形状とすれば、放電空間の距離を維持するギャップ支持体６が設けられることになる。しかも、ギャップ支持体６の高さ調整は、このギャップ支持体６のセラミック体を研削し、オゾン発生器として必要とするギャップ０．３〜１ｍｍの任意の高さとすれば、ギャップ精度の優れた本実施形態のオゾン発生器が得られことになる。
【００３６】
図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の他の実施の形態に係る無声放電形オゾン発生器を示しており、上記実施の形態と同一部位には同一符号を付して説明を省略する。
本発明の実施の形態に係る無声放電形オゾン発生器が上記実施の形態と異なるのは、ギャップ支持体６となるセラミック材のボール１３の表面が誘電体１２ｂによって覆われていない点である。その他の構成および施工方法は、上記実施の形態と同様である。
したがって、本実施の形態のオゾン発生器も、上記実施の形態とほぼ同様の効果が得られる上、施工方法が簡単となる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【００３８】
例えば、既述の実施の形態では、円筒管形オゾン発生器に適用した場合を述べたが、金属板に誘電体層を有し、高電圧電極板と接地電極板とを対とする平板形オゾン発生器の誘電体層表面に放電ギャップ支持体を形成することも可能である。また、誘電体層として、ガラスによる施工方法で説明したが、ガラス材だけではなく、セラミック溶射による誘電体層形成方法や樹脂層形成方法においても、セラミック材のギャップ支持体を同様に施工することができる。
【００３９】
また、既述の実施の形態では、ギャップ支持体６を高電圧電極管３の両端に２個づつ配置し、高電圧電極管３の自重で電極ギャップを得る構成となっているが、図３に示すようにギャップ支持体６を高電圧電極管３の両端に３個づつ周方向へ等間隔に配置したり、あるいは、図４に示すようにギャップ支持体６を高電圧電極管３の両端に４個づつ周方向へ等間隔に配置したりすることも可能である。このような数のギャップ支持体６を等間隔に配置すれば、高電圧電極管３の自重に関係なく、均等なギャップを得ることができ、オゾン発生器の振動や移動によって、ギャップ間隔が変化するのを防ぐことができる。
【００４０】
さらに、既述の実施の形態では、誘電体層２およびギャップ支持体６を高電圧電極管３の外周表面に設けているが、図５に示すように、誘電体層２およびギャップ支持体６を接地電極管１の内周表面に設けたオゾン発生器にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態に係る無声放電形オゾン発生器において、ギャップ支持体の形成方法の工程を施工順に示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の他の実施の形態に係る無声放電形オゾン発生器において、ギャップ支持体の形成方法の工程を施工順に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の変形例に係る無声放電形オゾン発生器において、ギャップ支持体を電極端部に３個配置した状態を示す管径側断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の変形例に係る無声放電形オゾン発生器において、ギャップ支持体を電極端部に４個配置した状態を示す管径側断面図である。
【図５】従来のオゾン発生器の構造を示すものであり、（ａ）は断面側視図、（ｂ）は（ａ）における管径側断面図である。
【図６】他の従来のオゾン発生器の構造を示すものであり、（ａ）は断面側視図、（ｂ）は（ａ）における管径側断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    接地電極管
２    誘電体層
３    高電圧電極管
４    給電用端子
５    導入排水口
６    ギャップ支持体
１０    金属材
１１    ベース層
１２    誘電体
１３    ボール
【図１】
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【図２】
2006076837.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006076837.tif 000006
【図５】
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【図６】
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