(57)【要約】【課題】オゾン発生効率の高いオゾン発生装置を提供する。【解決手段】  無声放電方法で、多孔質のアルミナ皮膜のコーティングまたは陽極酸化によって形成された多孔質アルミナ皮膜５を有する高電圧電極１と接地電極３の真中にマイカ、セラミックス及びガラス材などの誘電体２を設ける。本発明の放電装置は誘電体２が放電柱４の間に挟まれるように配設されることが特徴である。なお、前記多孔質アルミナ皮膜の厚みは１〜１００μmである。【選択図】図２
2015067480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質のアルミナ皮膜のコーティングまたは陽極酸化によって形成された多孔質アルミナ皮膜を有する高電圧電極及び接地電極で構成されたオゾン発生装置において、マイカ、セラミックス及びガラス材などからなる誘電体を放電電極に密着させずに両放電電極間の中間部に、放電柱が両電極に衝突させるように配設することを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
酸化鉄、ゲルマニウム、ジルコニウム等の酸化金属触媒を担持する多孔質アルミナ皮膜のＢＥＴ比表面積が５０〜２５０ｍ２／ｇである、請求項１に記載された放電電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電によって従来の技術以上に効率良くオゾンを発生するためのオゾン発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、無声放電によりオゾンを発生するオゾン発生装置およびオゾン発生方法に関するものである。
【０００３】
無声放電法では、一定の間隔で配列した平板の片方、もしくは両方の電極を絶縁体（誘電体）で覆い、交流電圧をかけた場合に生じる放電のことであり、誘電体バリア放電ともいう。
【０００４】
従来の多くのオゾン発生装置の放電電極では、電極の損傷を抑制するため、高電圧電極と接地電極共にそれらの表面が誘電体によって密着して覆われている。
【０００５】
多孔質被膜を有する放電電極では、高電圧電極に多孔質被膜が存在するため、電極の損傷が抑制できるので接地電極のみが誘電体に密着して覆われている。しかし、両者ともに放電電極の表面、特に、接地電極の表面にオゾン発生反応が起こることの問題については注目されていない。
【０００６】
オゾン発生装置における放電電極において、下記に開示された文献では、例えば、放電電極の誘電体に関しては、電極に誘電体を密着して配設される方法、誘電体に密着し導電部を設ける方法、誘電体に触媒物質を固着させる方法、誘電体表面にガラス材を焼成する方法、誘電体に近接し微小突起電極を設ける方法、或いは高電圧電極にダイアモンド薄膜で被覆した誘電体を密着して配置する方法等の技術が先行技術文献に見られる。また、放電電極に関しては、陽極酸化によるアルミナ被膜に光触媒を担持した電極等が公開されている。
【０００７】
即ち、特開２０１２−２２９１４５号公報（特許文献１）におけるオゾン発生装置では、誘電体は導電部を含む電極に密着して配設することが特徴であり、又、特開２０１１−８８８２１号公報（特許文献２）におけるオゾン発生装置では、誘電体および電極の壁面に特定の触媒物質を固着させることが特徴である。
（尚、特許文献２に関連するものとしては、再公表特許：ＷＯ２００５／０８０２６３号公報も見受けられる。）
一方、特開平１１−２６３６０３号公報（特許文献３）におけるプレート型オゾン発生装置では、電極の表面上に平面状の誘電体を備え、その誘電体を含むユニット表面にガラス材を焼成することが特徴であり、又、特開平１１−７９７０９号公報（特許文献４）におけるオゾン発生装置では、平板金属電極に誘電体を密着し、かつ、誘電体に微小突起電極を近接し、設けることが特徴である。
更に、特開平１０−１６７７０４号公報（特許文献５）におけるオゾン発生装置では、高電圧電極にダイアモンド薄膜で被覆した誘電体を密着して配置ことが特徴であり、又、特開平７−１１８００１号公報（特許文献６）における円環状のオゾン発生装置では、中心部の高電圧電極
に、サンドブラスト加工による微細凹凸層を設けた誘導体管が特徴である。
その他、特開２０００−１９５６４５号公報（特許文献７）や特開２００２−２７３２０８号公報（特許文献８）等における放電用電極は、陽極酸化による多孔質表面を有する金属電極が特徴である。
しかし、本発明のように、放電電極の表面に多孔質アルミナ被膜を配置し、その被膜に酸化金属触媒物質を担持した放電電極(高圧電圧電極と接地電極)に誘電体を密着させず、誘電体を電極の中央部に配設する技術は見られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−２２９１４５号公報
【特許文献２】特開２０１１−８８８２１号公報
【特許文献３】特開平１１−２６３６０３号公報
【特許文献４】特開平１１−７９７０９号公報
【特許文献５】特開平１０−１６７７０４号公報
【特許文献６】特開平７−１１８００１号公報
【特許文献７】特開２０００−１９５６４５号公報
【特許文献８】特開２００２−２７３２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記のように、従来、放電電極において接地電極の表面にオゾン発生反応が生じることに注目されていなかった。すなわち、放電電極の表面が有効的に利用されず、オゾン発生効率を高めることができなかった。この点を解決すること、すなわち、放電電極の表面における反応効率を高め、オゾンの発生効率を向上させることが本発明の課題である。
【００１０】
すなわち、本発明では、放電時に二つの放電電極両方の表面を有効に利用することを検討した結果、電極に多孔質アルミナ皮膜をコーティングまたは陽極酸化によって多孔質アルミナ皮膜を形成すること利用し、誘電体であるマイカ、セラミックス及びガラス材は電極を覆わずに、両電極間の中央部に配設することによって、オゾン発生効率を更に改善することができることを見出し、本発明に到達した。さらに、電極に覆う多孔質アルミナ皮膜に酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4，酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）等を担持することにより、オゾン発生収率が１５％以上増加することができた。従って、本発明の課題は、両放電電極の表面をさらに有効利用させるために、誘電体の新しい設置方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に使用した誘電体はマイカ、セラミックス、石英、ガラスなどの板材で、厚みが０．５〜３ｍｍである。誘電体板が放電電極間（高電圧電極と接地電極との間）の中央部分に配設され、電極表面から誘電体表面までの距離は０．１〜１ｍｍとすることが望ましい。
【００１２】
誘電体は放電電極間に設置され、バリア放電がアーク放電へ移行するのを抑制し、また特定の場所に放電が集中するのを防ぐ重要な働きをする。放電電極に交流高電圧を印加することによって、無声放電を生じる。金属電極の場合、電極の両方を誘電体で被覆し、放電中の電子が直接、金属面に衝突することがないので、電極の損傷を抑制することができる。そのために、従来の放電技術では、電極に誘電体が電極に密着して配設される。
【００１３】
一方、多孔質アルミナ被膜を有する電極の場合は、電極表面を被覆する多孔質アルミナ被膜はセラミックのような性質を有するので、電極の損傷を抑制できる。従って、本発明は誘電体基板を高電圧電極及び接地電極に密着させずに、両電極間の中央部分に配設することを提案できる。
【００１４】
本発明においては、必要に応じて、電極の陽極酸化によって形成された多孔質アルミナ被膜の細孔径の拡大処理を行った後、水和処理することが陽極酸化被膜のＢＥＴ比表面積を大きくするために望ましい。
【００１５】
細径拡大処理では、酸性水溶液の濃度は、例えば、しゅう酸の場合には４重量％で、２０〜３０℃で1〜４時間、細孔径が適度に拡大されるまで適宜、処理する。陽極酸化終了後、陽極酸化処理浴にそのまま必要な時間、浸漬して酸処理することもできる。
【００１６】
水和処理は、ｐＨ６〜１０のイオン交換水で行い、乾燥した後、焼成する。この水和処理は８０℃〜１００℃で行うことが望ましい。ｐＨを１０〜１２とした場合には処理時間を短縮することができる。水和処理の処理時間は１〜３時間である。焼成はγ―
アルミナを形成させるものであり、通常は３００〜５５０℃で０．５〜５時間行う。ＢＥＴ比表面積は５０〜２５０ｍ2／ｇ−Ａｌ2Ｏ3の範囲が望ましい。
【００１７】
細孔径処理後の電極にオゾン発生反応促進触媒を担持する。触媒は酸化鉄、酸化ゲルマニウムなどが使用される。酸化鉄の使用の例として、硝酸鉄が使われる。多孔質アルミナ被膜を有する電極基板を硝酸鉄水溶液などに担持する。硝酸鉄水溶液の濃度は０．５〜３ｇＦｅ／Ｌ、ｐＨが９〜１１．４、水温が２０〜４０℃、
担持時間が０．５〜４時間で行う。
【００１８】
陽極酸化されたアルマイト表面を有する金属板とは、前記アルマイト表面を５μｍ以上の厚みで有
する金属板を意味する。このような金属板としては、例えば、鉄、ニッケル、チタン、銅、銀、亜鉛等からなる単一の金属又は合金の板、複数の金属板を重ね合させた金属合板又は海綿状金
属板等の表面に公知の方法によって１０μｍ以上のアルミニウム層を設けたもの、若しくはアルミニウム板を使用することができ、特に鉄、銅、ステンレス合金をアルミニウム層で被覆したものが望ましい。金属又は合板等の表面にアルミニウム層を形成せしめる方法は、非水メッキ、圧着（アルミクラッド）、蒸着等の公知の方法の中から適宜、選択して用いることができる。
【００１９】
本発明における陽極酸化の技術は周知であり、処理液として例えば、クロム酸水溶液、しゅう酸水溶液、
硫酸水溶液等を使用することも周知である。陽極酸化の条件は、アルミナ層のＢＥＴ比表面積が大きくなるように適宜に設定できるが、本発明においては、陽極酸化の処理液温度を、常温〜５０℃、特に２０〜４０℃
とすることが望ましい。常温未満では表面積が小さくなる一方、５０℃を超えると溶解が激しく、経済的に酸化膜を形成させることが困難となる。又、この陽極酸化の処理時間は処理条件によって異なるが、例えば、４.０重 量％のしゅう酸水溶液を処理液とし、処理浴温度を３０℃で電流密度６５Ａ／ｍ2とした場合には、２時間から８時間までとすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による誘電体の配置位置によって、高電圧電極、接地電極の表面の多孔質皮膜が利用でき、オゾン発生効率が高まる。すなわち、空気原料を用い、同様なオゾン量を発生する場合には、従来法に比べ、本発明の方法は消費電力が１０〜２０％を削減することができる。すなわち、省エネの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、従来の放電装置の例を示す断面図である。
【図２】図１は、本発明の放電装置の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明におけるオゾン発生装置は、空気の存在下における２電極間の中央部に誘電体を設け、交流電圧を印加して放電を発生させる。その場合、電圧は４ｋV以上、周波数は１〜１０ｋＨｚである。また、空気原料は特に限定されるものではなく、目的に応じて酸素あるいは高濃度酸素を有する空気を利用することができる。
【００２３】
（実施例１）
電極材料として、厚みが３ｍｍで８ｃｍ×１４ｃｍのプレート状アルミニウムを用いた。４重量％のしゅう酸中で、３０℃、６時間、６５Ａ／ｍ２の電流密度の電流を通して陽極酸化した。
比較例；それを高電圧電極１に設ける。同様なアルミニウム板を接地電極に設ける。接地電極３の表面に密着して、誘電体２のマイカ（雲母）板（厚み１mm）を設ける。尚、放電は、高電圧電極から誘電体の距離（放電空間）を０．８ｍｍと一定にし、高電圧電極に電圧約７kV、周波数約２．３ｋHz、空気流量３Ｌ／分の範囲で放電を行わせた。（図１参照）
本発明例；それを高電圧電極１および接地電極３に設ける。高電圧電極と接地電極の間に誘電体２とするマイカ（雲母）板(厚み１ｍｍ)が設ける。高電圧電極１から誘電体２の距離を０．２，０．３，０．４ｍｍ設置し、誘電体２から接地電極の距離をそれぞれ０．６、０．５、０．４ｍｍ接地する。総放電空間を０．８ｍｍと一定にする。高電圧電極に電圧約７ｋＶ、周波数約２．３ｋＨｚ、空気流量３Ｌ／分の範囲で放電を行わせた。（図２参照）
上記の比較例と本発明例において、発生したオゾン濃度を測定し、オゾン発生収率（消費電力１ｋＷｈに当たるオゾン発生量（ｇ））を計算した結果を表１に示す。
表１の結果から誘電体２が高電圧電極１と接地委電極３の間に接地された場合、オゾン発生収率が最大１５％増加した。
実施例１の結果  
【表１】
2015067480.tif 000003
【００２４】
（実施例２）
実施例１で使用した電極を用い、高電圧電極と接地電極の間に誘電体２とするマイカ（雲母）板(厚み１ｍｍ)が設ける。高電圧電極１から誘電体２の距離を０、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８ｍｍ設置し、誘電体２から接地電極の距離をそれぞれ０．８、０．７、０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０ｍｍ設置する。総放電空間を０．８ｍｍと一定にする。高電圧電極に電圧約７ｋＶ、周波数約２．３ｋＨｚ、空気流量３Ｌ／分の範囲で放電を行わせた。（図２参照）
測定したオゾン発生収率を表２に示す。その結果から誘電体２を高電圧電極１と接地電極３間の中央部分に接地した場合にオゾン収率増加が最大であった。
実施例２の結果
【表２】
2015067480.tif 000004
【００２５】
（実施例３）
実施例２で使用した放電電極基板の陽極酸化被膜の細孔径処理を行った。電極基板の被膜のＢＥＴ比表面積がそれぞれ４０、５０，１３０、２１０、２５０ｍ２／ｇ-Al2O3である。細孔径処理した電極基板を硝酸鉄水溶液（濃度２ｇＦｅ／Ｌ、温度３０℃）に２時間含浸させ、乾燥後、５００℃で焼成する。酸化鉄担持した電極をオゾン発生装置に高電圧電極１及び接地電極３に設置される。誘電体２を両電極の真中に設置する。放電は実施例２の条件で行った。（図２参照）
その結果を表３に示す。表２の結果と比較すると、酸化鉄を担持した放電電極の場合、オゾン発生収率が最大１７％増加したことが確認した。
【表３】
2015067480.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の放電装置及びそれを用いたオゾン発生装置は、殺菌、消毒等の衛生の分野、衛生に関連し、医療、家畜衛生及び獣医療、そして、脱臭装置、飲料水等の水処理等々の分野に利用可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１．高電圧電極
２．誘電体
３．接地電極
４． 放電柱
【図１】
2015067480.tif 000006
【図２】
2015067480.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月30日(2013.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
（実施例１）
電極材料として、厚みが３ｍｍで８ｃｍ×１４ｃｍのプレート状アルミニウムを用いた。４重量％のしゅう酸中で、３０℃、６時間、６５Ａ／ｍ２の電流密度の電流を通して陽極酸化した。
比較例；それを高電圧電極１に設ける。同様なアルミニウム板を接地電極に設ける。接地電極３の表面に密着して、誘電体２のマイカ（雲母）板（厚み１mm）を設ける。尚、放電は、高電圧電極から誘電体の距離（放電空間）を０．８ｍｍと一定にし、高電圧電極に電圧約７kV、周波数約２．３ｋHz、空気流量３Ｌ／分の範囲で放電を行わせた。（図１参照）
本発明例；それを高電圧電極１および接地電極３に設ける。高電圧電極と接地電極の間に誘電体２とするマイカ（雲母）板(厚み１ｍｍ)が設ける。高電圧電極１から誘電体２の距離を０．２，０．３，０．４ｍｍ設置し、誘電体２から接地電極の距離をそれぞれ０．６、０．５、０．４ｍｍ接地する。総放電空間を０．８ｍｍと一定にする。高電圧電極に電圧約７ｋＶ、周波数約２．３ｋＨｚ、空気流量３Ｌ／分の範囲で放電を行わせた。（図２参照）
上記の比較例と本発明例において、発生したオゾン濃度を測定し、オゾン発生収率（消費電力１ｋＷｈに当たるオゾン発生量（ｇ））を計算した結果を表１に示す。
表１の結果から誘電体２が高電圧電極１と接地委電極３の間に接地された場合、オゾン発生収率が最大１５％増加した。
実施例１の結果  
【表１】
2015067480.tif 000008
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
（実施例２）
実施例１で使用した電極を用い、高電圧電極と接地電極の間に誘電体２とするマイカ（雲母）板(厚み１ｍｍ)が設ける。高電圧電極１から誘電体２の距離を０、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８ｍｍ設置し、誘電体２から接地電極の距離をそれぞれ０．８、０．７、０．６、０．５、０．４、０．３、０．２、０．１、０ｍｍ設置する。総放電空間を０．８ｍｍと一定にする。高電圧電極に電圧約７ｋＶ、周波数約２．３ｋＨｚ、空気流量３Ｌ／分の範囲で放電を行わせた。（図２参照）
測定したオゾン発生収率を表２に示す。その結果から誘電体２を高電圧電極１と接地電極３間の中央部分に接地した場合にオゾン収率増加が最大であった。
実施例２の結果
【表２】
2015067480.tif 000009
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
（実施例３）
実施例２で使用した放電電極基板の陽極酸化被膜の細孔径処理を行った。電極基板の被膜のＢＥＴ比表面積がそれぞれ４０、５０，１３０、２１０、２５０ｍ２／ｇ-Al2O3である。細孔径処理した電極基板を硝酸鉄水溶液（濃度２ｇＦｅ／Ｌ、温度３０℃）に２時間含浸させ、乾燥後、５００℃で焼成する。酸化鉄担持した電極をオゾン発生装置に高電圧電極１及び接地電極３に設置される。誘電体２を両電極の真中に設置する。放電は実施例２の条件で行った。（図２参照）
その結果を表３に示す。表２の結果と比較すると、酸化鉄を担持した放電電極の場合、オゾン発生収率が最大１７％増加したことが確認した。
【表３】
2015067480.tif 000010
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2015067480.tif 000011
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2015067480.tif 000012