(57)【要約】【課題】オゾンを高効率かつ高濃度で発生させることができるオゾン発生装置を提供する。【解決手段】実施形態のオゾン発生装置は、第１金属電極と、誘電体電極と、第２金属電極と、電源部と、金属メッシュと、を備える。第１金属電極は、第１方向を軸方向とする円筒状の電極であり、かつ外側に冷却媒体が供給される。誘電体電極は、第１金属電極の内側に設けられ、かつ第１金属電極と同軸の円筒状の電極である。第２金属電極は、誘電体電極の内側に設けられ、かつ第１金属電極と同軸の円筒状の電極である。電源部は、第２金属電極に電圧を印加して、第１金属電極と誘電体電極との間で原料ガスが流入される第１ギャップおよび第２金属電極と誘電体電極との間で原料ガスが流入される第２ギャップ内の原料ガス中で放電させ、当該放電によりオゾンを発生させる。金属メッシュは、第２金属電極と誘電体電極との間に設けられ、第２ギャップのギャップ長の２倍以下の目の細かさのメッシュである。【選択図】図１
2018138506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向を軸方向とする円筒状の電極であり、かつ外側に冷却媒体が供給される第１金属電極と、
前記第１金属電極の内側に設けられ、かつ前記第１金属電極と同軸の円筒状の誘電体電極と、
前記誘電体電極の内側に設けられ、かつ前記第１金属電極と同軸の円筒状の第２金属電極と、
前記第２金属電極に電圧を印加して、前記第１金属電極と前記誘電体電極との間で原料ガスが流入される第１ギャップおよび前記第２金属電極と前記誘電体電極との間で原料ガスが流入される第２ギャップ内の原料ガス中で放電させ、当該放電によりオゾンを発生させる電源部と、
前記第２金属電極と前記誘電体電極との間に設けられ、前記第２ギャップのギャップ長の２倍以下の目の細かさの金属メッシュと、
を備えるオゾン発生装置。
【請求項２】
前記第１金属電極は、前記第１方向の第１端側から内部に原料ガスが流入され、かつ前記第１方向の前記第１端とは反対の第２端側にオゾンが排出され、
前記第２金属電極は、原料ガスの流入方向において、一方の端を塞ぐ蓋を有する請求項１に記載のオゾン発生装置。
【請求項３】
前記電源部は、ヒューズを介して、前記第２金属電極に電圧を印加し、
前記蓋は、前記第２金属電極の前記第１方向の端のうち、原料ガスの流入方向において上流側の端に設けられ、
前記ヒューズは、前記流入方向において、前記蓋よりも上流側に設けられる請求項２に記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
前記金属メッシュは、前記第２金属電極の外側を覆う円筒状のメッシュであり、前記誘電体電極の内部への前記第２金属電極の挿入口とは反対側の端が閉じられている請求項１から３のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
【請求項５】
前記原料ガスの流入方向への前記誘電体電極のずれを防止するストッパーをさらに備えた請求項１から４のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
【請求項６】
前記原料ガスが、前記第２ギャップを通過した後、前記第１ギャップを通過する流路を有する請求項１から５のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
【請求項７】
前記第２ギャップのギャップ長が、前記第１ギャップのギャップ長以下である請求項１から６のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
【請求項８】
前記金属メッシュは、金属繊維であり、その直径が前記第２ギャップの半分より小さい請求項１から７のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
【請求項９】
前記金属繊維は、ステンレス、アルミニウム、またはニッケルである請求項８に記載のオゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、オゾン発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾン発生装置は、円筒状の誘電体電極と、当該誘電体電極の外側に放電ギャップを介して設けられた円筒状の金属電極とを有する放電管を備える。誘電体電極の内側には、導電膜電極が設けられている。そして、オゾン発生装置は、放電ギャップに原料ガスを流入させ、誘電体電極に電圧を印加して、放電ギャップにおいて誘電体バリア放電を発生させ、当該誘電体バリア放電によりオゾンを発生させる。ここで、誘電体バリア放電は、バリア放電、または無声放電とも呼ばれる。放電ギャップには、誘電体バリア放電によって熱が発生するが、金属電極内に供給される冷却水によって冷却される。これにより、放電ギャップ内の原料ガスの温度上昇を抑制して、高濃度かつ高収率のオゾンを得ることができる。オゾン発生装置を用いて生成されたオゾンまたはオゾン水は、水処理技術等に適用され、処理対象の水の脱臭、脱色、および殺菌等に使用される。
【０００３】
具体的には、オゾン発生装置は、原料ガスとなる酸素または乾燥空気を、誘電体バリア放電によって、酸素分子から酸素原子へと解離し、他の酸素分子と結合させることでオゾン化する。放電管の内部には、金属電極に電圧を印加する高圧給電素子が設けられている。高圧給電素子には、ヒューズが取り付けられている。ヒューズには、高圧電源が接続されている。そして、オゾン発生装置は、高圧電源から、ヒューズを介して、導電膜電極に対して、放電電圧以上の電圧を印加することによって、放電ギャップ内において誘電体バリア放電を発生させる。ヒューズは、放電管が絶縁破壊によって破損した場合に、導電膜電極に対して流れる過電流を遮断し、破損した放電管を他の放電管から切り離すことによって、オゾン発生装置の運転を継続することが可能となり、安定したオゾンの供給を実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開第２０１４／０３１４６３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のオゾン発生装置では、誘電体電極を製造する際、当該誘電体電極の内周面に、ステンレスをスパッタリングで付着させることによって、当該誘電体電極の内周面に導電膜電極を形成している。耐腐食性の高い材料を用いて、誘電体電極の内周面に導電膜電極を形成することによって、オゾン発生装置による安定的なオゾンの発生を可能とする。しかしながら、誘電体電極の内周面に導電膜電極を形成した場合、オゾン発生装置の製造コストが上がるため、導電膜電極を形成することなく、安定的なオゾンの発生が可能なオゾン発生装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態のオゾン発生装置は、第１金属電極と、誘電体電極と、第２金属電極と、電源部と、金属メッシュと、を備える。第１金属電極は、第１方向を軸方向とする円筒状の電極であり、かつ外側に冷却媒体が供給される。誘電体電極は、第１金属電極の内側に設けられ、かつ第１金属電極と同軸の円筒状の電極である。第２金属電極は、誘電体電極の内側に設けられ、かつ第１金属電極と同軸の円筒状の電極である。電源部は、第２金属電極に電圧を印加して、第１金属電極と誘電体電極との間で原料ガスが流入される第１ギャップおよび第２金属電極と誘電体電極との間で原料ガスが流入される第２ギャップ内の原料ガス中で放電させ、当該放電によりオゾンを発生させる。金属メッシュは、第２金属電極と誘電体電極との間に設けられ、第２ギャップのギャップ長の２倍以下の目の細かさのメッシュである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置の概略構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置が有するオゾン発生装置本体の断面図の一例を示す図である。
【図３】図３は、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置が有するオゾン発生装置本体の内部構成の一例を説明するための図である。
【図４】図４は、第３の実施形態にかかるオゾン発生装置の概略構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、第４の実施形態にかかるオゾン発生装置の概略構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかるオゾン発生装置について説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置の概略構成の一例を示す図である。図２は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置が有するオゾン発生装置本体の断面図の一例を示す図である。図１に示すように、オゾン発生装置は、オゾン発生装置本体１と、ヒューズ２を介してオゾン発生装置本体１に電力を供給する電源部（例えば、高圧交流電源）３と、を有する。
【００１０】
オゾン発生装置本体１は、第１金属電極１０１と、誘電体電極１０２と、第２金属電極１０３と、金属メッシュ１０４と、を有する。第１金属電極１０１は、第１方向Ｄ１を軸方向とする円筒状の電極である。また、第１金属電極１０１は、その外側（後述する誘電体電極１０２と対向している内周面とは反対側の外周面側）に、冷却媒体Ｃが供給される。本実施形態では、第１金属電極１０１は、第１方向Ｄ１の第１端Ｔ１側から内部に原料ガスが流入される。そして、第１金属電極１０１は、第１方向Ｄ１の第１端Ｔ１と反対の第２端Ｔ２側にオゾンを排出する。
【００１１】
誘電体電極１０２は、第１金属電極１０１の内側（内周面側）に設けられる。また、誘電体電極１０２と第１金属電極１０１との間には、原料ガス（例えば、酸素を含むガス）が流入される第１ギャップＩ１が設けられている。また、誘電体電極１０２は、第１金属電極１０１と同軸の円筒状の電極である。本実施形態では、誘電体電極１０２は、第１金属電極１０１の内周面に対向して、スペーサ１０１ａにより第１ギャップＩ１が保たれた状態で配置されている。
【００１２】
第２金属電極１０３は、誘電体電極１０２の内側（内周面側）に設けられる。また、第２金属電極１０３と誘電体電極１０２との間には、原料ガスが流入される第２ギャップＩ２が設けられている。また、第２金属電極１０３は、第１金属電極１０１と同軸の円筒状の電極である。すなわち、オゾン発生装置本体１は、誘電体電極１０２の内側および外側それぞれに対向して、金属電極を配置した二重管を有する。
【００１３】
本実施形態では、第２金属電極１０３は、原料ガスの流入方向Ｄ２において、上流側の端Ｔ３を塞ぐ蓋１０３ａを有する。これにより、第１金属電極１０１の内部に流入される原料ガスが、第１ギャップＩ１および第２ギャップＩ２のいずれも通過せず、第２金属電極１０３の内部を通過して排出されることを防止できるので、オゾン発生装置によるオゾンの発生効率を高めることができる。
【００１４】
本実施形態では、第２金属電極１０３は、当該第２金属電極１０３の端のうち端Ｔ３に蓋１０３ａを設けているが、原料ガスの流入方向Ｄ２において、一方の端を塞ぐ蓋を設ければ良い。例えば、第２金属電極１０３は、原料ガスの流入方向Ｄ２において、下流側の端Ｔ４を塞ぐ蓋を有していても良い。
【００１５】
金属メッシュ１０４は、第２金属電極１０３と誘電体電極１０２との間に設けられる。本実施形態では、金属メッシュ１０４は、ステンレス、アルミニウム、またはニッケルにより構成される。また、本実施形態では、金属メッシュ１０４は、金属繊維の織布または不織布、金属の板に孔を空ける加工を施したパンチングメタル等である。
【００１６】
電源部３は、以上の構成を有するオゾン発生装置本体１の第２金属電極１０３に電圧を印加して、第１ギャップＩ１および第２ギャップＩ２内の原料ガスで放電（誘電体バリア放電）を発生させ、当該誘電体バリア放電によりオゾンを発生させる。本実施形態では、第１ギャップＩ１および第２ギャップＩ２の双方において誘電体バリア放電が発生するため、電源部３は、所謂、二重放電を発生させる。ヒューズ２は、原料ガスの流入方向Ｄ２において、蓋１０３ａよりも上流側に設けられている。これにより、ヒューズ２が、第１ギャップＩ１および第２ギャップＩ２内で発生するオゾンによって劣化する可能性を低減できる。
【００１７】
ここで、第１ギャップＩ１および第２ギャップＩ２内で発生する誘電体バリア放電は、共に、対向する電極間で発生するため、所謂、対向放電である。具体的には、第１ギャップＩ１では、第１金属電極１０１と誘電体電極１０２との間での対向放電が発生する。第２ギャップＩ２では、第２金属電極１０３と誘電体電極１０２との間での対向放電が発生する。
【００１８】
ところで、第２ギャップＩ２内で発生する対向放電は、第１金属電極１０１において冷却媒体Ｃにより冷却される冷却面から離れた位置で発生するため、第２ギャップＩ２における原料ガスの温度上昇を十分に抑えることができず、オゾンの発生効率が下がる可能性がある。そこで、本実施形態では、オゾン発生装置は、上述したように、第２金属電極１０３と誘電体電極１０２との間に金属メッシュ１０４を設けている。さらに、図２に示すように、金属メッシュ１０４の目の細かさ（ピッチｐ）を、第２ギャップＩ２のギャップ長ｄの２倍以下としている。これにより、第２ギャップＩ２において、第２金属電極１０３と誘電体電極１０２間での対向放電ではなく、誘電体電極１０２と金属メッシュ１０４間での放電（所謂、沿面放電）が発生し易くなる。
【００１９】
仮に、金属メッシュ１０４のピッチｐが、第２ギャップＩ２のギャップ長ｄの２倍より大きい場合、金属メッシュ１０４の隙間において、第２金属電極１０３と誘電体電極１０２間での対向放電が発生して、原料ガスの温度が上昇してしまう可能性がある。一方、沿面放電は、誘電体電極１０２の表面で発生するため、第１金属電極１０１において冷却媒体Ｃにより冷却される冷却面に近い位置で発生するため、原料ガスの温度の上昇を抑えることができる。オゾンは熱分解を起こすため、原料ガスの温度をより低温に維持する方が、オゾンを高効率かつ高濃度で発生させることができる。
【００２０】
また、本実施形態では、高価な導電膜電極を用いずに、誘電体電極１０２と、第１金属電極１０１および金属メッシュ１０４との間で誘電体バリア放電を発生させて、オゾンを発生させることができるので、オゾン発生装置を低コストで実現できる。また、誘電体バリア放電による劣化が少ないバルク材のみでオゾン発生装置を構成できるので、安定してオゾンを生成可能なオゾン発生装置を提供可能とする。
【００２１】
このように、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置によれば、誘電体電極１０２の内側および外側それぞれに対向して金属電極を配置した二重管を適用した場合に、第１ギャップＩ１および第２ギャップＩ２で発生させる誘電体バリア放電を、第１金属電極１０１の冷却面に近い位置で発生させて、原料ガスの温度上昇を抑えることができるので、オゾンを高効率かつ高濃度で発生させることができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
本実施形態は、金属メッシュにおいて、第１金属電極の内部へ第２金属電極が挿入される端とは反対側の端が閉じられている例である。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００２３】
図３は、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置が有するオゾン発生装置本体の内部構成の一例を説明するための図である。本実施形態では、金属メッシュ３０１は、第２金属電極１０３の外側を覆う円筒状のメッシュである。また、金属メッシュ３０１は、オゾン発生装置本体１を組み立てる際等に、誘電体電極１０２の内部への第２金属電極１０３の挿入口とは反対側を縛って、当該端Ｔ４が閉じられている。これにより、オゾン発生装置本体１を組み立てる際等に、誘電体電極１０２の内部に第２金属電極１０３を挿入する際、第２金属電極１０３が、誘電体電極１０２の外部にずれることを防止できるので、オゾン発生装置が組み立て易くなり、オゾン発生装置の組み立てに要する作業時間を短くできる。
【００２４】
本実施形態では、金属メッシュ３０１は、当該金属メッシュ３０１において、誘電体電極１０２の内部への第２金属電極１０３の挿入口と反対側の端を紐等により縛って、当該端を閉じているが、これに限定するものではなく、当該端に蓋を設けて、第２金属電極１０３が誘電体電極１０２の外部にずれることを防止しても良い。
【００２５】
このように、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置によれば、オゾン発生装置本体１を組み立てる際等に、誘電体電極１０２の内部に第２金属電極１０３を挿入する際、第２金属電極１０３が、誘電体電極１０２の外部にずれることを防止できるので、オゾン発生装置が組み立て易くなり、オゾン発生装置の組み立てに要する作業時間を短くできる。
【００２６】
（第３の実施形態）
本実施形態は、原料ガスの流入方向への誘電体電極のずれを防止するストッパーを備える例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００２７】
図４は、第３の実施形態にかかるオゾン発生装置の概略構成の一例を示す図である。図４に示すように、本実施形態では、オゾン発生装置本体１は、誘電体電極１０２が第１金属電極１０１の内部に挿入された状態において、原料ガスの流入方向Ｄ２への誘電体電極１０２のずれを防止するストッパー４０１を有する。具体的には、ストッパー４０１は、第１金属電極１０１の内周面において、第１金属電極１０１の第２端Ｔ２の近傍に、第１金属電極１０１の内側に向かって突出する凸部である。
【００２８】
このように、第３の実施形態にかかるオゾン発生装置によれば、第１金属電極１０１の内部に流入する原料ガスの量が急激に増えた場合等に、誘電体電極１０２が第１金属電極１０１の外部にずれることを防止できるので、誘電体電極１０２が第１金属電極１０１の外部にずれてしまい、オゾンの発生効率が下がることを防止できる。
【００２９】
（第４の実施形態）
本実施形態は、原料ガスが、第２ギャップを通過した後、第１ギャップを通過する流路を有する例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００３０】
図５は、第４の実施形態にかかるオゾン発生装置の概略構成の一例を示す図である。図５に示すように、本実施形態では、オゾン発生装置本体１は、原料ガスが、第２ギャップＩ２を通過した後、第１ギャップＩ１を通過する直列の流路を有する。具体的には、図５に示すように、第２金属電極１０３の蓋１０３ａが、その内部に、原料ガスが流入されるガス流入口１０３ｂを有する。また、誘電体電極１０２は、原料ガスの流入方向において、下流側の端を塞ぐ蓋５０１を有する。これにより、ガス流入口１０３ｂを介して第２金属電極１０３の内部に流入された原料ガスは、第２ギャップＩ２に導かれ、その後、第１ギャップＩ１に導かれる。
【００３１】
このように、第４の実施形態にかかるオゾン発生装置によれば、原料ガスの温度が上昇し易い第２ギャップＩ２において十分にオゾンを発生させることができなかった場合でも、原料ガスの冷却効果が高い第１ギャップＩ１において再びオゾンが生成されるので、オゾンをより高効率かつ高濃度に発生させることができる。
【００３２】
また、本実施形態にかかるオゾン発生装置は、第２ギャップＩ２のギャップ長ｄを、第１ギャップＩ１のギャップ長以下とする。第２ギャップＩ２における誘電体バリア放電により発生する熱は自然放熱となるか、若しくは、沿面放電によって誘電体電極１０２の表面のみで誘電体バリア放電が発生するため、第２ギャップＩ２のギャップ長ｄを短くすることで、第１金属電極１０１の冷却面に近づけることができるので、第２ギャップＩ２内の原料ガスの温度上昇を抑えて、オゾンをより高効率かつ高濃度で発生させることができる。
【００３３】
また、本実施形態にかかるオゾン発生装置は、金属メッシュ１０４が金属繊維である場合、当該金属繊維の直径を第２ギャップＩ２の半分より小さくする。これにより、金属メッシュ１０４を介して、第２金属電極１０３と誘電体電極１０２が接続されて対向放電が発生することを防止できるので、誘電体電極１０２の表面のみで誘電体バリア放電を発生させて、オゾンをより高効率かつ高濃度で発生させることができる。
【００３４】
以上説明したとおり、第１から第４の実施形態によれば、オゾンを高効率かつ高濃度で発生させることができる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１  オゾン発生装置本体
２  ヒューズ
３  電源部
１０１  第１金属電極
１０１ａ  スペーサ
１０２  誘電体電極
１０３  第２金属電極
１０３ａ  蓋
１０４，３０１  金属メッシュ
４０１  ストッパー
【図１】
2018138506.tif 000003
【図２】
2018138506.tif 000004
【図３】
2018138506.tif 000005
【図４】
2018138506.tif 000006
【図５】
2018138506.tif 000007