(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾン発生器及びオゾン処理装置と独立して設けられた放電式オゾン分解装置であって、
前記オゾン発生器によって出力される第１種オゾン含有ガス、及び、前記第１種オゾン含有ガスに対し前記オゾン処理装置による所定のオゾン処理工程を実行して排出される第２種オゾン含有ガスのうち、一方を選択オゾン含有ガスとして選択するオゾン含有ガス選択機構と、
互いに対向した第１及び第２の電極部とを備え、前記第１及び第２の電極部との間に形成される電極部空間にオゾンを含んだ前記選択オゾン含有ガスが供給され、前記第１及び第２の電極部のうち少なくとも一つ電極部における前記電極部空間側の表面に金属化合物質層が設けられ、
前記第１及び第２の電極部に放電電力を供給する電源をさらに備え、
前記第１及び第２の電極部は、前記放電電力の供給時に前記電極部空間に放電現象を発生させ、前記金属化合物質層をオゾン分解触媒として働かせることにより、前記電極部空間内の前記選択オゾン含有ガス中のオゾンを分解してオゾン分解済みガスを得るオゾン分解器として機能し、
前記オゾン分解器によって前記選択オゾン含有ガス中のオゾンを分解するオゾン分解能力は、前記放電電力の電力値と正の相関を有し、
前記金属化合物質層は以下の条件(1)及び条件(2)を満足し、
(1) 導電体ではない
(2) 前記放電現象により活性化（励起）される、
前記放電式オゾン分解装置は、
前記選択オゾン含有ガスのオゾン濃度を検出する濃度計と、
前記選択オゾン含有ガスの前記電極部空間への供給流量を検出する流量検出器とをさらに備え、
前記電源は、前記オゾン濃度及び前記供給流量に基づき、前記オゾン分解済みガスのオゾン含有量が設定基準値以下になるように、前記放電電力の電力値を決定することを特徴とする、
放電式オゾン分解装置。
【請求項２】
請求項１記載の放電式オゾン分解装置であって、
前記金属化合物質層は、ニッケル、マンガン、コバルト及び銅のうち、少なくとも一つの金属酸化物を含む、
放電式オゾン分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、第１及び第２の電極部間に形成される電極部空間に放電現象を発生させ、電極部空間内のオゾン含有ガス中のオゾンを分解する放電式オゾン分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のオゾン分解技術を開示した先行技術文献として、例えば特許文献１や特許文献２などで開示された技術がある。
【０００３】
特許文献１においては、排オゾン分解器によって、排オゾンガスがタービンからの高温排ガスとの熱交換により５００℃程度に加熱され、排オゾンガス中の残存オゾンが熱分解処理されるシステムが開示されている。
【０００４】
特許文献２においては、排オゾン処理装置として、ＭｎＯ２を内部に設けた触媒剤筒を電気ヒーターで６０〜９０℃に加温することにより、残存オゾンを分解処理するシステムが開示されている。
【０００５】
また、特許文献１や特許文献２で開示されたオゾン分解技術とは別に、高濃度のオゾン化ガス(残存オゾンガス)の分解処理方法として、活性炭を装着した筒(活性炭法)や、触媒剤を設けた筒(触媒法)にオゾン化ガスを供給するオゾン分解器が一般的に使用されている。
【０００６】
一方、オゾン分解と正反対のオゾン生成技術として、放電を利用した高濃度オゾン発生器が特許文献３や特許文献４に開示されている。
【０００７】
特許文献３や特許文献４に開示された技術は、いずれも特許文献１、特許文献２で開示されたオゾン分解器内にオゾン分解剤を装着させる発想と正反対で、オゾン発生器内に放電面材料を装着することにより、ガスの分解反応を経ず、放電で生成したオゾンを分解させることなく取り出せるというオゾン発生器としての発明になっている。
【０００８】
特許文献３においては、オゾン発生器の放電面に「ペロブスカイト構造のＡ位置に原子が存在しない結晶構造を持つ遷移金属酸化物のＡ位置に、アルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類元素が入った遷移金属を存在させること」により、オゾン発生器内で生成したオゾンを分解せずに高濃度オゾンが取り出せることが記述されている。
【０００９】
また、特許文献３では、現状理論的に不明な説を根拠に展開されており、特に「ペロブスカイト構造のＡ位置に原子が存在しない結晶構造を持つ遷移金属酸化物」に関し、「オゾンを分解しないため、高濃度オゾンが得られる」旨述べられている。しかし、特許文献３では、取り出したオゾン濃度特性しか記述されておらず、生成されたオゾンが発生器内で分解されていないことを証明するデータ・根拠を十分に示した記述は全くない。
【００１０】
また、ペロブスカイト構造とオゾン分解抑制の効果に関しても、化学的根拠が乏しい記述となっている。
【００１１】
特許文献１、特許文献２の開示内容におけるオゾン分解器でのオゾン分解原理の発明技術に関する記述に比べ、特許文献３の開示内容はオゾン発生器内での高濃度オゾンが生成される原理説明は十分なされておらず、根拠説明に乏しい発明であることは、その文面からも明らかである。
【００１２】
さらに、特許文献４においても、同様に「オゾン濃度の低下を阻止する機能物質を誘電体表面に焼き付け固定(セラミック内に機能物質を内在)させるオゾン発生装置」が開示されているが、分子状のオゾンガスを分解抑制できる物質や機能が存在することに関し理論的な説明が十分にされていない。つまり、特許文献４で記述された機能物質がオゾン濃度の低下を阻止する機能物質(触媒物質)であると断定されているが、開示内容としては高濃度オゾンが得られた結果の実証データ結果が記述されているに留まり、高濃度オゾンが得られる要因がオゾン濃度の低下を阻止する物質材料によるものか根拠不明な記述の状態での発明になっている。
【００１３】
一般的に触媒反応では、「オゾンや酸素分子を原子やイオン原子に分解や電離させる反応を放電や触媒機能で、加速的に行うこと」と定義されている。しかし、特許文献１、特許文献２で示されたオゾン分解剤による分子状の触媒的な分解技術は一般的に実証されているが、特許文献３や特許文献４に示されるような、放電発生器で得られた高密度のオゾン分子のオゾン分解を抑制する機能を有している機能物質が存在するという根拠説明がなく、特許文献３や特許文献４の開示内容の発明説明では不十分であり、確実な発明として証明する資料も提示されていない。従って、特許文献３や特許文献４以外の高濃度オゾンが得られる技術で発明がなされていると判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−５８９６０号公報
【特許文献２】特開平９−３１５８０４号公報
【特許文献３】特許第４９４８００７号公報
【特許文献４】特許第５０５２３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来のオゾン分解技術である活性炭法においては、分解速度が遅いため活性炭上にオゾンが残留し、オゾンの分解熱によって活性炭が突然発火する危険性や、活性炭自身が時間経過およびオゾンによる酸化によって劣化し、消耗品となる問題点があった。
【００１６】
また、特許文献１等で開示された、残存オゾンを熱分解処理する熱分解法においては、残存オゾンを含んだガスを高温(５００℃程度)に加熱する必要があるため、加熱費用が嵩む問題点があった。
【００１７】
そして、従来のオゾン分解技術である触媒法においては、残存オゾンを含んだガスを流すオゾン分解筒に設けられた触媒は、オゾンに曝露されることで酸化され、触媒劣化(寿命がある)が生じる問題点あった。
【００１８】
さらに、上述した、従来のオゾン分解処理技術では、高濃度領域(数十ｇ／ｍ３〜500ｇ／ｍ３)の残存オゾンで、しかも１ＳＬＭ以上のガス流量の高範囲のオゾン量を即時に分解処理するのは不向きであった。このような高濃度及び大流量なオゾンガスを分解すべく、オゾン分解能力を最大にしたオゾン分解装置を設置する場合、オゾン分解装置の装置サイズが非常に大きくなり、かつコストも高くなる問題点があった。
【００１９】
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、比較的簡単な装置構成でオゾン含有ガス中のオゾンを分解してオゾン分解済みガスを精度良く得ることができるオゾン分解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】
【００２０】
この発明に係る請求項１記載の放電式オゾン分解装置は、オゾン発生器及びオゾン処理装置と独立して設けられた放電式オゾン分解装置であって、前記オゾン発生器によって出力される第１種オゾン含有ガス、及び、前記第１種オゾン含有ガスに対し前記オゾン処理装置による所定のオゾン処理工程を実行して排出される第２種オゾン含有ガスのうち、一方を選択オゾン含有ガスとして選択するオゾン含有ガス選択機構と、互いに対向した第１及び第２の電極部とを備え、前記第１及び第２の電極部との間に形成される電極部空間にオゾンを含んだ前記選択オゾン含有ガスが供給され、前記第１及び第２の電極部のうち少なくとも一つ電極部における前記電極部空間側の表面に金属化合物質層が設けられ、前記第１及び第２の電極部に放電電力を供給する電源をさらに備え、前記第１及び第２の電極部は、前記放電電力の供給時に前記電極部空間に放電現象を発生させ、前記金属化合物質層をオゾン分解触媒として働かせることにより、前記電極部空間内の前記選択オゾン含有ガス中のオゾンを分解してオゾン分解済みガスを得るオゾン分解器として機能し、前記オゾン分解器によって前記選択オゾン含有ガス中のオゾンを分解するオゾン分解能力は、前記放電電力の電力値と正の相関を有し、前記金属化合物質層は以下の条件(1)及び条件(2)を満足し、｛条件(1) 導電体ではない、条件(2) 前記放電現象により活性化（励起）される｝、前記放電式オゾン分解装置は、前記選択オゾン含有ガスのオゾン濃度を検出する濃度計と、前記選択オゾン含有ガスの前記電極部空間への供給流量を検出する流量検出器とをさらに備え、前記電源は、前記オゾン濃度及び前記供給流量に基づき、前記オゾン分解済みガスのオゾン含有量が設定基準値以下になるように、前記放電電力の電力値を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の本願発明の放電式オゾン分解装置において、第１及び第２の電極部は、放電電力の供給時に電極部空間に放電現象を発生させ、金属化合物質層を放電電力の供給時にオゾン分解触媒として働かせることにより、電極部空間内の選択オゾン含有ガス中のオゾンを分解してオゾン分解済みガスを得るオゾン分解器として機能させ、このオゾン分解器によって選択オゾン含有ガス中のオゾンを分解する放電面の触媒のオゾン分解能力は、放電電力の電力値と正の相関を有することを特徴としている。
【００２２】
請求項１記載の本願発明の放電式オゾン分解装置は上記特徴を有することにより、第１及び第２の電極部をオゾン分解器として機能させることにより、比較的簡単な装置構成で選択オゾン含有ガス中のオゾンを分解してオゾン分解済みガスを得ることができる。この際、放電電力の電力値によってオゾン分解能力を精度良く可変設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態である放電式オゾン分解装置の主要部となる電極部及び高周波電源の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】実施の形態の放電式オゾン分解装置の利用例を模式的に示す説明図である。
【図３】本実施の形態の放電式オゾン分解装置の内部構成及びその周辺を示す説明図である。
【図４】本実施の形態における放電式のオゾン分解器の性能仕様例を表形式で示す説明図である。
【図５】本実施の形態における放電式のオゾン分解器のオゾン分解能力特性を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜発明の原理＞
特許文献３や特許文献４で開示された技術と別に、触媒反応としては、分子状のガスを分解させる能力のみで、解離した酸素原子を非放電期間における三体衝突のみでオゾン生成能力を有するという原理であれば、オゾン発生器の放電面に塗布した金属材料の効果も十分説明できる。
【００２５】
一方、放電面に塗布した金属材料の分子状ガスの分解効果を逆利用して、放電の光や熱エネルギーで活性化する特定金属材料化合物を有する金属化合物質層を、対向した２枚の電極間の電極または誘電体の放電界面に塗布するなどして設ける特定金属付電極構造が考えられる。
【００２６】
本件発明者等は、上記特定金属付電極構造を利用し、電極間に電圧を印加し、上記電極間に形成される電極空間に放電現象を発生させ、上記電極空間（放電空間）にオゾンを含んだガス(オゾン含有ガス)を流せば、オゾン含有ガス中のオゾンを分解してオゾン分解済みガスを得るという放電式オゾン分解器としての機能が得られることをはじめて導きだした。この放電式オゾン分解器は、放電現象によってオゾン生成される従来のオゾン生成技術に対し逆転発想で得られた発明となる。
【００２７】
さらに、発明者等は、オゾン含有ガスが含有するオゾン量に応じて放電電力の電力値（Ｗ）を調整することにより、互いに対向する２枚の電極面の放電光エネルギーによる光触媒能力をアップさせることによって実現される放電式のオゾン分解器内の触媒オゾン分解能力を可変設定して、所望のオゾン量を分解できる放電式のオゾン分解器を実現することを考えるに至った。
【００２８】
上述したように、特定金属付電極構造を利用した放電式のオゾン分解器は、放電界面に設けられた金属化合物質層を、放電現象発生時の熱エネルギーや光エネルギーによって活性化(励起)することにより、高濃度及び大（供給）流量なオゾンガスであっても、その濃度に見合った放電電力を注入するだけで、触媒分解能力が高められオゾン分解器の電極空間（放電空間）内で容易にオゾン分子の解離反応を促進させ、高濃度のオゾン化ガスを即時に低濃度まで分解させる効果があることが実験によって見出された。
【００２９】
このような放電式のオゾン分解器を用いて、比較的高濃度なオゾンを分解して比較的低濃度オゾンを得ることにより、後段に取り付けた熱分解法や触媒法を用いた従来の低濃度用オゾン分解装置の負荷を軽減し、後段のオゾン分解装置の長寿命化・オゾン分解処理速度向上・コスト削減を図ることができる。
【００３０】
以上が本願発明の原理の基本部分である。さらに、放電現象と金属化合物質層との組み合わせ等の発明の原理の詳細については後に詳述する。
【００３１】
上記した本願発明は、互いに対向する第１及び第２の電極の組み合わせ構造である比較的簡単な構成に触媒分解機能を付加した、放電式のオゾン分解器を実現することにより、上述した先行技術文献である特許文献１及び特許文献２等が持つ問題点の解決を図ることができる。
【００３２】
＜実施の形態＞
図１はこの発明の実施の形態である放電式オゾン分解装置２２の主要部となる電極部１Ａ及び１Ｂ及び高周波電源１３の構成を模式的に示す説明図である。
【００３３】
同図に示すように、放電式オゾン分解装置２２は、互いに対向した電極部１Ａ及び電極部１Ｂ（第１の電極部及び第２の電極部）を備え、電極部１Ａと電極部１Ｂとの間に形成される電極部空間ＳＰ１にオゾンを含んだ高濃度残存オゾンガスＧ２（オゾン含有ガス）が供給される。
【００３４】
電極部１Ａは導電性を有する電極１０ａと誘電体１１ａと金属化合物質層１２ａとの積層構造で形成されており、金属化合物質層１２ａが電極部空間ＳＰ１側に設けられる。
【００３５】
電極部１Ｂは導電性を有する電極１０ｂと誘電体１１ｂと金属化合物質層１２ｂとの積層構造で形成されており、金属化合物質層１２ｂが電極部空間ＳＰ１側に設けられる。このように、金属化合物質層１２ａ及び１２ｂが共に放電面側に設けられる。
【００３６】
なお、金属化合物質層１２ａ及び１２ｂのうち一方の形成を省略しても良い。すなわち、電極部１Ａ及び１Ｂのうち少なくとも一つの電極部の電極部空間ＳＰ１側の表面に金属化合物質層を設ける構成であれば良い。
【００３７】
このように、上述した電極部１Ａ及び１Ｂが、発明の原理で述べた、特定金属付電極構造を有している。
【００３８】
さらに、放電式オゾン分解装置２２において、電極部１Ａの電極１０ａと電極部１Ｂの電極１０ｂとの間に高周波電源１３が設けられ、高周波電源１３によって電極部１Ａ及び１Ｂ間に交流の放電電力を供給する。その結果、電極部１Ａ及び１Ｂ間に高周波電圧を印加することができる。
【００３９】
そして、電極部１Ａ及び１Ｂ間への高周波電源１３からの放電電力の供給時、すなわち、高周波放電電圧の付与時に電極部空間ＳＰ１に放電現象である誘電体バリア放電を発生させ、金属化合物質層１２ａ及び１２ｂをオゾン分解触媒として働かせることにより、電極部空間ＳＰ１内の高濃度残存オゾンガスＧ２中のオゾンを分解して低濃度残存オゾンガスＧ３（オゾン分解済みガス）を得る放電式のオゾン分解器２２１として、電極部１Ａ及び１Ｂを機能させる。
【００４０】
電極部１Ａ及び１Ｂにより実現されるオゾン分解器２２１における高濃度残存オゾンガスＧ２中のオゾンを分解するオゾン分解能力は、電極面に形成された触媒分解能力に依存し、この触媒分解能力は高周波電源１３から供給される放電電力の電力値（Ｗ）と正の相関を有する。すなわち、原則、オゾン分解器２２１のオゾン分解能力は電極部１Ａ及び１Ｂに印加する放電電圧の電力値（放電エネルギー）に応じて増減する。さらに、放電電力の電力周波数（出力周波数）を上昇させて１００ｋＨｚ以上の高周波放電にすれば、放電負荷インピーダンスのより低い放電が実現でき、オゾン分解能力をより高められると想定される。
【００４１】
このように、オゾン分解器２２１のオゾン分解能力は高周波電源１３から供給される放電電力の電力値に依存するという性質が確認された。したがって、少なくとも、高周波電源１３が供給する放電電力の電力周波数が一定の場合、オゾン分解能力が放電電力の電力値に応じて増減する。
【００４２】
オゾン分解器２２１の上記性質を利用し、高周波電源１３による放電電力の電力値を設定することにより、上記オゾン分解器のオゾン分解能力を適切な値に設定することができる。具体的には、高濃度残存オゾンガスＧ２に含まれる残存オゾン量及び供給流量に対応した放電エネルギーとなる放電電力の電力値を設定することにより、オゾン分解器２２１のオゾン分解能力を設定することができる。
【００４３】
上述したように、オゾン分解器２２１のオゾン分解能力は、原則、放電電力の電力値に依存する、すなわち、正の相関を有する一方、電極部空間ＳＰ１側に塗布等により設けた金属化合物質層１２ａ及び１２ｂの材料によっても大きく左右されることが判明した。
【００４４】
つまり、オゾン分解能力が高い金属化合物質層１２ａ及び１２ｂを選択すれば、比較的小さな電力値の放電電力であっても、比較的高い残存オゾン量を分解できる効果を有する。
【００４５】
しかし、供給したオゾン濃度に対しては、比較的多くの物質において、オゾンを分解させる能力を有しているが、特許文献３や特許文献４で開示されたようなオゾン分解能力を非常に高いレベルで抑制する性質を有した分解抑制物質はなかった。
【００４６】
上記分解抑制物質が存在するのであれば、供給するオゾンガス流量を増したり、ガス温度を上げたりしてオゾンガスと上記分解抑制物質との衝突回数を増やしても、極端にオゾン濃度の低下が見られないことが想定される。しかしながら、高濃度残存オゾンガスＧ２のガス流速やガス温度の増加で衝突回数に依存した状況で、高周波電源１３からの放電電力の電力値（Ｗ）を増加させると、規則正しくオゾン濃度が低下する、すなわち、放電電力の電力値の増加に対し、規則正しくオゾン分解能力が増加することが確認された。そのため、電極部空間ＳＰ１側である放電界面に塗布した金属化合物質層自身は、オゾンガスを分解させる能力として作用するが、オゾンガスの分解能力が、高濃度残存オゾンガスＧ２との接触によって極端に抑制させることができる、特別な機能を有した物質は存在しないことが分かった。
【００４７】
熱平衡状態の放電では、一般的に放電の電子衝突によって、酸素分子やオゾン分子を容易に分解解離させる能力を有しているが、数百ｇ／ｍ３（数万ｐｐｍ）以上で、かつ大流量のオゾンを放電プラズマで生成された電子のみで、低濃度(千ｐｐｍ以下)のオゾンまで、分解させるオゾン分解能力は有していない。
【００４８】
つまり、通常の放電プラズマのみにおいては、限られた放電空間となる電極部空間ＳＰ１に高濃度残存オゾンガスＧ２を通過させるだけで、即時に多量の残存オゾン量を分解させるオゾン分解能力を有していないため、放電プラズマのみの放電式オゾン分解器では本願の要求するオゾン分解能力の実現は極めて困難であった。
【００４９】
そこで、放電界面に塗布等の処理によって、電極部１Ａ及び１Ｂの電極部空間ＳＰ１側に特定の金属材料の化合物により構成される金属化合物質層を設けると、電極部空間ＳＰ１における放電現象発生時の熱エネルギーや光エネルギーで容易に、塗布した金属化合物質層は活性化(励起)できる。これら金属化合物質層の活性化状態は、放電継続運転状態では、常に維持され、活性化状態となった金属化合物質層とオゾン化ガスとの接触触媒反応で、非常にオゾン分解能力の高い放電式のオゾン分解器２２１を実現できることが分かった。
【００５０】
つまり、電極部空間ＳＰ１で発生させる放電現象と、電極部１Ａ及び１Ｂの電極部空間ＳＰ１側、すなわち、放電面側に塗布した金属化合物質層とを組み合わせた放電式のオゾン分解器２２１を実現することにより、オゾン分解能力を大幅に向上できることが分かった。
【００５１】
このように、大流量で供給され、かつ、数百ｇ／ｍ３（数万ｐｐｍ）以上の高濃度残存オゾン量を、高周波電源１３から数百〜数ｋＷ程度の電力値の放電電力を供給し、放電電力の電力値（Ｗ）を可変設定することにより、数ｇ／ｍ３〜数百ｇ／ｍ３の高濃度オゾンを即時に低濃度（千ｐｐｍ未満）オゾンまで分解させるオゾン分解能力をオゾン分解器２２１が発揮できることが分かった。そして、電極部１Ａ及び１Ｂと高周波電源１３との組み合わせを基本構成とする触媒分解機能を付加した放電式オゾン分解装置２２を実現したのが本実施の形態である。
【００５２】
金属化合物質層１２ａ及び１２ｂとしては、電極部空間ＳＰ１における放電現象発生時の熱エネルギーや光エネルギーで容易に活性化(励起)する、半導体の性質を有する物質となる金属材料化合物であれば、基本的に高濃度のオゾンガスを分解する能力を有する。しかしながら、ある一部の金属材料化合物は、オゾン分子を触媒分解するだけでなく、酸素分子も触媒分解する能力を有するため、オゾン分子のみを選択的に解離することができず、却って解離した酸素原子と酸素分子との衝突(三体衝突)で、オゾンガスを生成して、結果として高濃度のオゾン化ガスを十分な低濃度のオゾンまで、分解できない金属材料化合物質も存在する。
【００５３】
以上のことから、実験的に検証した結果、オゾン分解に特に適した特定物質を有する金属化合物質層１２ａ及び１２ｂとして、特に、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｏ（コバルト）、及びＣｕ（銅）の金属化合物が高い分解能力を有する物質であることが明らかになった。上述した、特定物質による具体的な金属化合物質として、例えば、ＭｎＯ３やＣｏ２Ｏ３やＣｕ２ＯやＡｇ２Ｏなどの物質が挙げられる。
【００５４】
これらの金属化合物は、外部からの比較的低温の熱エネルギーを受けるだけで、容易に活性化(励起)状態になり、半導体の性質を有する物質になり、オゾンのような活性な分子ガスとは触媒反応を示すが、オゾンより活性能力が低い酸素分子に対しては、ほとんど触媒反応を示さない物質である。
【００５５】
したがって、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＣｕを含む金属化合物は、オゾン分子ガスのみ選択的に分解させる能力に適した物質と言える。また、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＣｕを含む金属化合物以外の物質においても、放電現象等により活性化させて、励起状態にさせた金属化合物は、ほとんど、オゾンガスに対し非常に触媒分解反応の高いオゾン分解触媒物質となり得る物質である。さらに、オゾン触媒分解作用を有するこれら金属化合物は、オゾンガスと接触させることでオゾン分解熱によって発熱し、これら金属化合物の励起状態がさらに促進され、合わせてオゾン分解触媒反応を促進させ、その結果、オゾン分解能力を高めることができる。
【００５６】
さらに、高周波電源１３の放電電力の電力値を上昇させると、電極部空間ＳＰ１内における単位放電面積当たりの放電電力密度が高くなり、放電電力密度に比例して放電面側に塗布した金属化合物質層１２ａ及び１２ｂに注入される放電エネルギー(放電電力)が増し、活性化した金属化合物質層１２ａ及び１２ｂによる触媒的なオゾン分解能力も比例的に増す。なお、放電面積とは、電極部空間ＳＰ１を形成する電極部１Ａ及び１Ｂ間の平面視重複面積を意味する。
【００５７】
また、オゾン分解能力の作用においては、放電形態としては、非平衡の放電プラズマよりも平衡状態の高温プラズマを実現した方が、オゾン分解能力がアップするため望ましい。また、放電電力と供給する高濃度残存オゾンガスＧ２のガス流量との関係を示すと、供給する高濃度残存オゾンガスＧ２のガス流量を小さくしたり、放電面積を大きくしたりすると、放電空間となる電極部空間ＳＰ１を通過する時間が長くなるとともに、放電熱エネルギーによるガス温度も高くなるため、オゾン分解能力を高める効果が生じ、オゾン分解能力を高めるには望ましい。
【００５８】
上述した実施の形態の放電式のオゾン分解器２２１は、電極部１Ａ及び１Ｂを基本構成として、電極部空間ＳＰ１で発生する放電現象における放電形態を誘電体バリア放電としたが、他の放電形態であるアーク放電やグロー放電、沿面放電による放電現象を発生させても同様な効果を奏する。上記した他の放電形態を採用する場合、電極部１Ａ及び１Ｂにおいて誘電体１１ａ及び誘電体１１ｂが不要となる。
【００５９】
また、高周波電源１３より印加する交流の放電電圧の電力周波数を高周波化して、電極部空間ＳＰ１に発生する放電現象を高周波放電プラズマとすれば、放電プラズマが熱平衡プラズマになりやすく、放電空間となる電極部空間ＳＰ１内のガス温度が上昇し、よりオゾン分解処理能力を向上させることができる。すなわち、前述したように、電力周波数を上昇させ高周波に設定することにより、上記オゾン分解器のオゾン分解能力を高めることが期待できる。なお、高周波な電力周波数としては１００ｋＨｚ以上が想定される。
【００６０】
以上説明したように、電極部１Ａ及び１Ｂを基本構成とした比較的小さな放電式のオゾン分解器２２１を用い、電極部空間ＳＰ１内の放電現象を利用して、高濃度でかつ大流量の高濃度残存オゾンガスＧ２中のオゾンを分解してオゾン分解済みガスを得ることができる。
【００６１】
また、本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２は、装置としての寿命も長く、従来のオゾン分解装置のように多量のオゾン分解剤を使用した分解剤の交換等を必要としない。したがって、本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２とオゾン分解能力が低い従来のオゾン分解装置とを組み合わせて使用することが望ましく、放電式オゾン分解装置２２を併用することにより、従来のオゾン分解装置のオゾン分解能力低減化や長寿命化効果を寄与する。
【００６２】
上述した本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２において、電極部１Ａ及び１Ｂ（第１及び第２の電極部）は、高周波電源１３からの放電電力の供給時に電極部空間ＳＰ１に放電現象を発生させ、金属化合物質層１２ａ及び１２ｂをオゾン分解触媒として働かせることにより、電極部空間ＳＰ１の高濃度残存オゾンガスＧ２（オゾン含有ガス）中のオゾンを分解して低濃度残存オゾンガスＧ３（オゾン分解済みガス）を得るオゾン分解器２２１として機能する第１の特徴を有している。
【００６３】
さらに、放電式オゾン分解装置２２は、オゾン分解器２２１（電極部１Ａ及び１Ｂ）における高濃度残存オゾンガスＧ２中のオゾンを分解するオゾン分解能力は、高周波電源１３から供給される放電電力の電力値（Ｗ）と正の相関を有するという第２の特徴がある。
【００６４】
このように、本実施の形態の放電式オゾン分解装置は、上記第１の特徴を有することにより、高周波電源１３より放電電力の供給を受ける電極部１Ａ及び１Ｂをオゾン分解器２２１として機能させることにより、比較的簡単な装置構成で高濃度残存オゾンガスＧ２中のオゾンを分解して低濃度残存オゾンガスＧ３を得ることができる効果を奏する。
【００６５】
さらに、本実施の形態の放電式オゾン分解装置２は、上記第２の特徴を有することにより、高周波電源１３から供給される放電電力の電力値によってオゾン分解能力を精度良く可変設定することができる。
【００６６】
なお、本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２は、図１に示したように、オゾン分解器２２１として機能する電極部１Ａ及び１Ｂの誘電体１１ａ及び誘電体１１ｂの放電界面に塗布等の処理によって、金属化合物質層１２ａ及び１２ｂを設けている。
【００６７】
一方、金属化合物質層１２ａ及び１２ｂを設けない電極部１Ａ及び１Ｂによる通常の放電現象のみであれば、高周波電源１３から供給する放電電力の電力値を数百ワット〜数Ｋワットに設定しても、オゾン分解能力は、せいぜい数（ｍｇ/ｈ）〜数（ｇ／ｈ）程度で、数百（ｍｇ／ｈ）〜数千（ｇ／ｈ）の残存オゾン量（ｇ／ｈ）を供給しても、約０．０１〜０．００１倍程度のオゾン分解能力しか有さない。
【００６８】
しかし、上述したように、放電式オゾン分解装置２２内のオゾン分解器２２１では、電極部１Ａ及び１Ｂの電極部空間ＳＰ１側の放電界面に、放電熱や放電光のエネルギーを与えることで活性化(励起)できる金属化合物質層１２ａ及び１２ｂを塗布等によって設けている。このため、放電式オゾン分解装置２２は、高周波電源１３の放電電力によって、電極部１Ａ及び１Ｂの金属化合物質層１２ａ及び１２ｂが活性化(励起)して、光触媒的な化学反応を示し電極部空間ＳＰ１を通過するオゾンガスの分解能力が飛躍的に向上し、金属化合物質層１２ａ及び１２ｂを塗布していない構成の放電式のオゾン分解器の数百倍〜数千倍程度のオゾン分解能力を有した放電式のオゾン分解器２２１が実現できる。
【００６９】
金属化合物質層１２ａ及び１２ｂとしては、特に、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＣｕの金属化合物を用いると、金属化合物質層１２ａ及び１２ｂを塗布していない放電式のオゾン分解器の数千倍の分解能力を有し、その中でも、Ｎｉの金属化合物の材料を塗布した放電式オゾン分解器が最も、オゾン分解能力が高く、注入する放電電力の電力値（Ｗ）が小さい状態で、所定の分解能力を有することが分かった。
【００７０】
また、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、及びＣｕの金属化合物以外の金属化合物であっても、｛(1) 導電体ではなく、(2) 電極部空間ＳＰ１における放電現象により活性化（励起）される｝を満足する金属化合物であれば、金属化合物質層１２ａ及び１２ｂを塗布していない放電の式オゾン分解器の数十倍〜数百倍の分解能力を有し、同様の触媒的な化学反応でオゾンが分解できる効果が期待できる。
【００７１】
本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２で用いるオゾン分解器２２１においては、高周波電源１３から放電電力を供給して、電極部空間ＳＰ１内のオゾン化ガス(オゾン分子群)に放電現象を発生させることにより、オゾン分解能力が優れた効率の良い放電式オゾン分解装置を示した。オゾン分解器２２１は、他の分子状の排出ガスにおいても、放電面に金属化合物質層を形成し、放電現象によって塗布した金属化合物質層を活性状態に活性化させ、この活性化した物質の触媒作用を利用して排出ガスにおける窒素酸化物（ＮＯｘ）等の所定成分の分解器として利用できる。
【００７２】
図２は実施の形態の放電式オゾン分解装置の利用例を模式的に示す説明図である。オゾン発生器２１により高濃度オゾンガスＧ１が生成され、既存のオゾン処理装置は高濃度オゾンガスＧ１を使用して特定の処理を行うオゾン処理工程Ｐ２０を実行する。オゾン処理工程Ｐ２０として、例えば、高濃度・大流量といった大容量の高濃度オゾンガスＧ１を必要とする半導体製造工程や上下水道浄化工程などが挙げられる。
【００７３】
そして、オゾン処理工程Ｐ２０の実行時に、不要なオゾンガスが高濃度残存オゾンガスＧ２として排出される。排出された高濃度残存オゾンガスＧ２は比較的高濃度なオゾンを含有している。
【００７４】
本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２は、高濃度残存オゾンガスＧ２を受け、上述した電極部１Ａ及び１Ｂによって実現されるオゾン分解器２２１によって、高濃度残存オゾンガスＧ２中のオゾンを分解して低濃度残存オゾンガスＧ３を得る。この低濃度残存オゾンガスＧ３が次段の低濃度オゾン分解装置２３に供給される。
【００７５】
低濃度オゾン分解装置２３は低濃度残存オゾンガスＧ３を、さらに極低濃度の許容オゾン濃度以下に分解処理した酸素を主成分とした無害ガスＧ４として、外気へ排出処理する。低濃度オゾン分解装置２３として、活性炭法、触媒法、熱分解法等の既存技術を用いたオゾン分解装置が想定される。
【００７６】
このように、オゾン処理工程Ｐ２０によって排出された高濃度残存オゾンガスＧ２に対するオゾン化ガス分解処理フローに、本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２を介することにより、高濃度残存オゾンガスＧ２を低濃度残存オゾンガスＧ３にするオゾン分解処理が行え、さらに、放電式オゾン分解装置２２の後段に配置する既存の低濃度オゾン分解装置２３の負担を大幅に軽減させ、低濃度オゾン分解装置２３の長寿命化や、コスト削減に貢献することができる。
【００７７】
図３は本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２の内部構成及びその周辺を示す説明図である。本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２は、図１で示した放電式のオゾン分解器２２１、高周波電源１３に加え、さらに、濃度計２２３及び流量検出器２２４を有している。なお、オゾン分解器２２１は図１で示した電極部１Ａ及び１Ｂの組み合わせ構造によって実現される。
【００７８】
同図を参照して、オゾン発生器２１からバルブ２１ａを介して高濃度オゾンガスＧ１がオゾン処理装置２０に供給され、オゾン処理装置２０は前述したオゾン処理工程Ｐ２０を実行して高濃度残存オゾンガスＧ２を排出する。
【００７９】
一般に高濃度オゾンガスＧ１は、オゾン処理装置２０に供給する場合とオゾン処理装置２０を介さず、直接、高濃度残存オゾンガスＧ２として捨てる場合とがあり、バルブ２１ａ及び２１ｂは、オゾン処理装置２０への供給とオゾン処理装置２０をバイパスし高濃度残存オゾンガスＧ２として逃がすための切換えバルブである。
【００８０】
すなわち、バルブ２１ａが“開”で、バルブ２１ｂが“閉”の場合、オゾン処理装置２０によるオゾン処理工程Ｐ２０の実行後の高濃度残存オゾンガスＧ２が放電式オゾン分解装置２２に排出され、バルブ２１ａが“閉”で、バルブ２１ｂが“開”の場合、オゾン発生器２１からの高濃度オゾンガスＧ１がそのまま高濃度残存オゾンガスＧ２として放電式オゾン分解装置２２に供給される。
【００８１】
放電式オゾン分解装置２２は高濃度残存オゾンガスＧ２を受ける。この際、濃度計２２３により高濃度残存オゾンガスＧ２のオゾン濃度ＤＣ２（ｇ／ｍ３）を検出し、さらに、次段の流量検出器２２４によって、高濃度残存オゾンガスＧ２のオゾン分解器２２１への供給流量であるオゾン流量ＤＱ２（Ｌ／ｍｉｎ）を検出する。また、流量検出器２２４は低濃度残存オゾンガスＧ３または無害ガスＧ４のライン上に設置しても構わない。
【００８２】
なお、オゾン濃度ＤＣ２としては約数ｇ／ｍ３（数千ｐｐｍ）〜数百ｇ／ｍ３（数十万ｐｐｍ）の高濃度が想定され、オゾン流量ＤＱ２として、１（Ｌ／ｍｉｎ）〜１００（Ｌ／ｍｉｎ）程度の大流量が想定される。すなわち、高濃度残存オゾンガスＧ２の残存オゾン量Ｈ２としては、計算上は数百（ｍｇ／ｈ）〜数千（ｇ／ｈ）の大量残存オゾン量が想定される。
【００８３】
濃度計２２３及び流量検出器２２４で検出されたオゾン濃度ＤＣ２及びオゾン流量ＤＱ２は高周波電源１３に付与される。高周波電源１３はオゾン濃度ＤＣ２及びオゾン流量ＤＱ２から高濃度残存オゾンガスＧ２の残存オゾン量Ｈ２（ｇ／ｈ）を認識し、残存オゾン量Ｈ２が設定基準値となる残留オゾン量規定値ＳＨ（残留オゾン濃度規定値Ｃ２）以下に低下するように、オゾン分解器２２１に供給する放電電力の電力値（Ｗ）を設定する放電電力制御を実行する。
【００８４】
高周波電源１３は、数百（ｍｇ／ｈ）〜数千（ｇ／ｈ）の大量の残存オゾン量の高濃度残存オゾンガスＧ２に対して、オゾン分解器２２１に供給する放電電力の電力値（Ｗ）を数百ワット〜数Ｋワットに可変設定する。後に詳述する図４で示す例では、高周波電源１３が供給する放電電力の電力値は、０．１〜５（ｋＷ）で可変設定することができる。なお、高周波電源１３から供給される放電電力の電力周波数は１０〜１００ｋＨｚ程度で固定されている。
【００８５】
例えば、オゾン分解器２２１に放電電力の電力値が１ｋＷ当たり（約１２０ｇ／ｈ（３３ｍｇ／ｓ））の基本オゾン分解能力を設定した場合、高周波電源１３から最大５ｋＷの放電電力を供給することにより、オゾン分解器２２１のオゾン分解能力を約６００ｇ／ｈ（（１２０ｇ／ｈ）×５）まで高めることができる。
【００８６】
その結果、オゾン分解器２２１によって、高濃度残存オゾンガスＧ２中のオゾン量が設定基準値である残留オゾン量規定値ＳＨ（残留オゾン濃度規定値Ｃ２）以下にすることができ、残留オゾン量規定値ＳＨ以下にされた低濃度残存オゾンガスＧ３が次段の低濃度オゾン分解装置２３に出力される。
【００８７】
このように、放電式のオゾン分解器２２１に放電現象を発生させるべく、高周波電源１３は適切に設定された電力値の放電電力をオゾン分解器２２１に供給する。この放電電力の電力値に依存して、オゾン分解器２２１によるオゾン分解能力が決まる。
【００８８】
このため、残存オゾンガス濃度Ｃを指示するオゾン濃度ＤＣ２及びガス流量Ｑを指示するオゾン流量ＤＱ２を検出することにより、高濃度残存オゾンガスＧ２の残存オゾン量を求め、その残存オゾン量に対し、残留オゾン量規定値ＳＨを下回るべく適切にオゾン分解処理が実行できるように、高周波電源１３から供給する放電電力の電力値（Ｗ）を設定する放電電力制御を行うことができる。その結果、排出される高濃度残存オゾンガスＧ２の残存オゾンのほとんどのオゾンを、オゾン分解器２２１を有する放電式オゾン分解装置２２によってオゾン分解することができる。
【００８９】
低濃度オゾン分解装置２３は、低濃度残存オゾンガスＧ３をさらにオゾン分解し、０．０１ｐｐｍ以下の極微量のオゾンまで分解した無害ガスＧ４（酸素ガス）として排出される。
【００９０】
このように、本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２は、上述した大量な残存オゾン量を有する高濃度残存オゾンガスＧ２に対しても、高周波電源１３から供給する放電電力の電力値（Ｗ）を適切に設定することにより、確実に残留オゾン量規定値ＳＨ（残留オゾン濃度規定値Ｃ２）以下となる低濃度残存オゾンガスＧ３を得ることができる。
【００９１】
すなわち、高濃度残存オゾンガスＧ２の残存オゾン量に応じて、高周波電源１３から供給する放電電力の電力値（Ｗ）を可変設定することにより、オゾン分解能力を簡単に可変設定することができる。
【００９２】
その結果、本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２は、高濃度残存オゾンガスＧ２のオゾン残量に基づき、高周波電源１３の放電電力の電力値（Ｗ）を設定するという、比較的簡単な放電電力制御によって低濃度残存オゾンガスＧ３を得るように、オゾン分解能力を可変設定することができる。このため、本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２は、高濃度オゾンガスを利用する分野におけるオゾン分解装置を構築するに適した装置となる。
【００９３】
なお、上述した高周波電源１３の放電電力制御例では、高濃度残存オゾンガスＧ２の残存オゾンガスのオゾン濃度や供給流量に応じて、放電式のオゾン分解器２２１に注入する放電電力の電力値（Ｗ）を調整する制御例を示した。この制御例に代えて、オゾン発生器２１から供給する高濃度オゾンガスＧ１のオゾン濃度やガス流量を検出して放電式のオゾン分解器２２１に供給する放電電力の電力値を調整したり、予め設定した設定ガス流量や予め想定した残存オゾン濃度に基づき放電電力の電力値を調整したりしても良い。
【００９４】
このように、本実施の形態の放電式オゾン分解装置２２の高周波電源１３は、濃度計２２３及び流量検出器２２４で検出されたオゾン濃度ＤＣ２及びオゾン流量ＤＱ２に基づき、低濃度残存オゾンガスＧ３（オゾン分解済みガス）のオゾン含有量が設定基準値である残留オゾン量規定値ＳＨ（残留オゾン濃度規定値Ｃ２）以下になるように、放電電力の電力値（Ｗ）を決定することを特徴としている。
【００９５】
実施の形態の放電式オゾン分解装置２２は上記特徴を有することにより、オゾン濃度及び供給流量が変化する高濃度残存オゾンガスＧ２（オゾン含有ガス）に対しても、オゾン含有量が設定基準値である残留オゾン量規定値ＳＨ（残留オゾン濃度規定値Ｃ２）以下となる低濃度残存オゾンガスＧ３を安定して得ることができる。
【００９６】
図４は放電式のオゾン分解器２２１の性能仕様例を表形式で示す説明図である。同図(a) に示すように、インバータ電源である高周波電源１３から供給される放電電力の電力値を１００Ｗ〜５ｋＷとし、オゾン分解能力に関し、オゾン分解可能な分解オゾン濃度が２〜４９８ｇ／ｍ３の範囲とし、オゾン分解可能な分解オゾンガス量の最大値を６００ｇ／ｈとしている。なお、放電電力の電力周波数は１０〜１００ｋＨｚ程度で固定される。
【００９７】
そして、同図(b) に示すように、想定される高濃度残存オゾンガスＧ２のオゾンガス流量（供給流量）としては、1〜１００Ｌ／ｍｉｎの範囲とし、想定される高濃度残存オゾンガスＧ２のオゾンガス濃度としては、５〜５００ｇ／ｍ３の範囲としている。この場合、分解対象となる高濃度残存オゾンガスＧ２のオゾンガス量としては、経験的に０．５ｇ／ｈ〜６００ｇ／ｈが想定される。したがって、同図(a) で示した分解オゾン濃度（２〜４９８ｇ／ｍ３）は、高濃度残存オゾンガスＧ２のオゾンガス流量が少なくとも１００Ｌ／ｍｉｎ以下であれば、支障なく発揮することができる。
【００９８】
上記想定下の高濃度残存オゾンガスＧ２に対し、低濃度残存オゾンガスＧ３の残留オゾン濃度が２ｇ／ｍ３以下、残留オゾン量が１２ｇ／ｈ以下とすることができるオゾン分解能力を有した放電式のオゾン分解器２２１の性能仕様となる。このように、図４は、放電電力の電力値１ｋＷ当たり１２０ｇ／ｈ（３３ｍｇ／ｓ）のオゾン量を分解するオゾン分解能力を有するオゾン分解器２２１の性能を示している。
【００９９】
図５は、図４で示した分解性能を有するオゾン分解器２２１のオゾン分解能力の特性を示す説明図である。
【０１００】
図５において、横軸はオゾン分解器２２１への供給流量である高濃度残存オゾンガスＧ２の排出ガス流量Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）を示し、縦軸を高濃度残存オゾンガスＧ２の排出オゾン濃度Ｃ（ｇ／ｍ３）を示す。一点鎖線で示す目標オゾン分解濃度最大値Ｃ１は、本実施の形態の放電式のオゾン分解器２２１の目標オゾン分解濃度の最大値（５００ｇ／ｍ３）を示す。一点鎖線で示す残留オゾン濃度規定値Ｃ２は、分解後の低濃度残存オゾンガスＧ３における残留オゾン濃度規定値（2ｇ／ｍ３）を示す。
【０１０１】
オゾン分解特性Ｌ２１〜Ｌ２４は、排出ガス流量Ｑと排出オゾン濃度Ｃから求まる分解すべき一定のオゾン量Ｙ（ｇ／ｈ）となる特性を示している。オゾン分解特性Ｌ２１は、オゾン分解器２２１の最大の分解能力である一定のオゾン量６００ｇ／ｈとなる特性を示す。また、オゾン分解特性Ｌ２２、Ｌ２３及びＬ２４は、一定のオゾン量４００ｇ／ｈ、１００ｇ／ｈ、及び１０ｇ／ｈとなる特性を示す。
【０１０２】
ポイントＰＡ、ＰＢ及びＰＣ点は、排出ガス流量ＱＡ、ＱＢ、及びＱＣがオゾン流量ＤＱ２として流量検出器２２４により検出され、排出オゾン濃度ＣＡ、ＣＢ、及びＣＣがオゾン濃度ＤＣ２として濃度計２２３により検出さることにより得られるポイントである。すなわち、ポイントＰＡ、ＰＢ及びＰＣは（ＱＡ，ＣＡ）、（ＱＢ，ＣＢ）及び（ＱＣ，ＣＣ）となる。
【０１０３】
高周波電源１３がオゾン流量ＤＱ２及びオゾン濃度ＤＣ２に基づきオゾン分解量Ｙ(図５のオゾン分解特性Ｌ２１〜Ｌ２４等の破線特性)を算出して、その求めたオゾン分解量Ｙに応じて放電式のオゾン分解器２２１に注入する放電電力の電力値（Ｗ）を制御するように高周波電源１３の放電電力制御を実行すことできる。
【０１０４】
したがって、オゾン流量ＤＱ２及びオゾン濃度ＤＣ２の組み合わせがオゾン分解特性Ｌ２１以下の特性範囲であれば、問題なく、残留オゾン濃度規定値Ｃ２の２（ｇ／ｍ３）、かつ、残留オゾン量規定値ＳＨの１２（ｇ／ｈ）以下の設定基準値を満足する、オゾン分解能力を発揮することができる。
【０１０５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１Ａ，１Ｂ  電極部
１０ａ，１０ｂ  電極
１１ａ，１１ｂ  誘電体
１２ａ，１２ｂ  金属化合物質層
１３  高周波電源
２１  オゾン発生器
２０  オゾン処理装置
２２  放電式オゾン分解装置
２３  低濃度オゾン分解装置
２２１  オゾン分解器
２２３  濃度計
２２４  流量検出器
Ｇ１  高濃度オゾンガス
Ｇ２  高濃度残存オゾンガス
Ｇ３  低濃度残存オゾンガス
Ｇ４  無害ガス
【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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