(57)【要約】【課題】円筒状の誘電体外筒と、誘電体外筒の外周に密着して装着された外側電極と、軸に該外筒の内側に配置された内側電極と、内側電極を誘電体外筒内で位置決めする誘電体スペーサとを備え、外側電極と内側電極との間に均一な放電ギャップが形成されたオゾン発生装置であって、オゾンの発生効率が高く、且つ、より量産に適した新規な構成を提供する。【解決方法】内側電極が表面が平滑な円筒状金属電極であり、外側電極が、その断面が円形の金属線材を編んで形成された金網を誘電体外筒に密着して巻き付けることにより成形されている。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の誘電体外筒と、該誘電体外筒の外周に密着して装着された外側電極と、該誘電体外筒と同軸に該外筒の内側に配置された内側電極と、該内側電極を該誘電体外筒内で位置決めする誘電体スペーサとを備え、該外側電極と該内側電極との間に均一な放電ギャップが形成されたオゾン発生装置であって、該内側電極が表面が平滑な円筒状金属電極であり、該外側電極が、その断面が円形の金属線材を編んで形成された金網を該誘電体外筒に密着して巻き付けることにより成形されていることを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたオゾン発生装置において、前記内側電極の表面が耐オゾン性の材料により被覆されており、該内側電極が該誘電体外筒内で原料ガスおよびオゾンに直接に触れないように構成されていることを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載されたオゾン発生装置において、前記スペーサが、前記放電ギャップ内を流通する気体の流通方向を誘導して整流するように配置されていることを特徴とするオゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オゾン発生装置に関する。より詳細には、無声放電を利用してオゾンを発生させる、いわゆるオゾナイザーの新規な構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電により酸素分子を分解させて生成した酸素原子を相互に若しくは酸素原子と酸素分子を反応させてオゾンを発生させるオゾン発生装置が知られている。
【０００３】
図３は、従来のオゾン発生装置の典型的な構成を示す断面図である。
【０００４】
同図に示すように、この装置は、それぞれが円筒状で互いに同軸な金属製の外側電極１および内側電極２を備えており、内側電極２と外側電極１の間に形成された放電ギャップに原料ガスである酸素ガスを流通させることにより連続的にオゾンを発生させることができるように構成されている。
【０００５】
このようなオゾン発生装置においては、各電１、２極の表面は平滑に加工されて正確な放電ギャップが形成されるように構成されている。また、外側電極１の内側には、誘電体外筒３が外囲器を形成している。このようなオゾン発生装置は、単純な構造で比較的高い組立精度が得られるので量産にも適しており、廉価な製品が供給されている。
【０００６】
なお、図３に示したオゾン発生装置では内部電極２が酸素／オゾン混合ガスの流路内に露出しており、放電に際して電極からは金属イオンが発生してオゾンガスにこれが混入する。このような金属イオンを含んだオゾンガスを本明細書では便宜上「普通オゾン」と呼ぶが、内側電極２の表面を耐オゾン性を有する誘電体で被覆して清浄なオゾン（クリーンオゾン）を発生する装置を構成することもできる。
【０００７】
図４は、上述のような一般的な構成のイオン発生装置の改良を提案した特開平１１−１９９２０８号公報に開示されたオゾン発生装置の構成を示す図である。なお、同図において、図３に示したオゾン発生装置と共通の構成要素には共通の参照番号を付している。
【０００８】
同図に示すように、このオゾン発生装置では、内側電極２ａとして支持体であるガラス管４に巻き付けた金網を用いている。また、この内側電極２ａの周囲には誘電体により形成されたスペーサ６がらせん状に巻かれており、放電ギャップを一定に保持するように構成されている。
【０００９】
なお、このオゾン発生装置では、外囲器である誘電体外筒３の一端が閉じており、放電ギャップを通過した原料／オゾンガスは、ガラス管４の内側を通って、原料ガスの供給端と同じ側から放出される。また、外側電極１にはヒートシンク５が装着されており、動作中の電極を効率よく冷却できるように構成されている。
【００１０】
上記のような内側電極２ａを用いると、電流エネルギーの大きな平等電界形の放電が得られるとされている。即ち、放電面である金網の表面に多数の半球状の突起が形成されることになるため、放電による電子放射の偏在分布を防ぎ、理想的な平等電界を形成させることができる。また、電極自体の質量が小さいので高周波帯域での吸収電流による損失が少なく、効率の良くオゾンを発生させられるとされている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のオゾン発生装置の構成を詳細に検討した結果、以下のような問題点があることが判った。
【００１２】
即ち、オゾン発生装置内の放電ギャップは、厳密には外側および内側の電極の間に形成される。ところが、上記のオゾン発生装置では内側陽極として金属金網を採用しているために、電極金網の放電ギャップのみならず、電極を巻きつけている誘電体内筒と内側電極の隙間等、放電ギャップとしては特殊な領域にまで原料／オゾンの混合ガスが流れてしまう。このような部位では、原料ガスに所望の放電エネルギーが印加されず、結果的にオゾンの発生効率を低下させることになる。
【００１３】
また、内側電極の材料である網状金属材料は非常に複雑な形状なので、誘電体内筒に巻き付けた状態で外側電極との間隔が均一になり難い。実際、この種のオゾン発生装置は、現状では熟練した工員により手作りされており、生産性が低い上に製造コストが高い。更に、製造された製品の性能も一定ではないために、固体毎に測定と選別をしなければ出荷できない。
【００１４】
また更に、内側電極が原料／オゾン混合ガス中に露出している構造なので、発生したオゾン中に金属イオンが混入することが避けられない。また、これを防止するために内側電極である金網を耐オゾン材料で被覆しようとしても、その形状が複雑なために被覆自体が困難である上に、放電性能が更に不均一になるので、実際にはクリーンオゾンの発生には適さない。
【００１５】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、効率良くオゾンを発生させることができる一方で、自身の生産性が高く、性能の安定した新規なオゾン発生装置を提供することをその目的としている。
【００１６】
また、上記の目的を達成しつつ、更に、クリーンオゾンの発生にも適用し得るオゾン発生装置を提供することもその目的のひとつである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明により、円筒状の誘電体外筒と、該誘電体外筒の外周に密着して装着された外側電極と、該誘電体外筒と同軸に該外筒の内側に配置された内側電極と、該内側電極を該誘電体外筒内で位置決めする誘電体スペーサとを備え、該外側電極と該内側電極との間に均一な放電ギャップが形成されたオゾン発生装置であって、該内側電極が表面が平滑な円筒状金属電極であり、該外側電極が、その断面が円形の金属線材を編んで形成された金網を該誘電体外筒に密着して巻き付けることにより成形されていることを特徴とするオゾン発生装置が提供される。
【００１８】
また、本発明の一態様に従うと、上記オゾン発生装置において、前記内側電極の表面が耐オゾン性の材料により被覆されており、該内側電極が該誘電体外筒内で原料ガスおよびオゾンに直接に触れないように構成されていることを特徴とするオゾン発生装置が提供される。
【００１９】
更に、本発明の好ましい実施態様によると、上記オゾン発生装置において、前記スペーサが、前記放電ギャップ内を流通する気体の流通方向を誘導して整流するように配置される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るオゾン発生装置は、基本的には同軸に配置された１対の円筒状電極を用いた極短ギャップ式オゾナイザーであり、特に外側電極として金網状部材を用いている点にその主要な特徴がある。
【００２１】
即ち、本願発明に係るオゾン発生装置では、酸素／オゾンガスの流路を画成する誘電体外筒の外側に金網状部材を密着させつつ巻き付けて外側電極を形成している。従って、放電ギャップの一端を規定する外側電極の内面は誘電体外筒の外面により位置決めされので、正確で均一な放電ギャップをきわめけ容易に形成することができる。
【００２２】
これに対して、内側電極は表面が平坦な筒状の部材である。従って、それ自体の製造と装置への組み付けが容易な上に、クリーンオゾン製造のために表面を被覆することも容易である。即ち、本発明に係るオゾン発生装置においては、金網状部材による外側電極は誘電体外筒の外側に配置されており、酸素／オゾンガスにははじめから触れないように構成されている。従って、平滑な内側電極を適切に被覆することにより、容易にクリーンオゾン発生装置として構成することができる。
【００２３】
なお、このような態様では、内側電極の表面に筒状誘電体を取り付けるかまたは焼付けるかし、さらにその外面を研磨加工することにより、外側電極との放電ギャップを正確且つ均一にすることができる。この場合の被覆材料としては、例えばガラスのような耐オゾン性の高い材料、特に耐熱性に優れたパイレックス（登録商標）等を用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２４】
更に、本発明の好ましい実施態様に従うと、誘電体外筒と内側電極との間には誘電体スペーサが挿入される。このスペーサは、内側電極の正確な位置決めを容易にすると同時に、放電ギャップを流れる酸素／オゾン混合ガスの整流にも利用される。従って、放電ギャップ内での混合ガスの流れを適切に制御して効率の良いオゾン生成を可能にすると同時に、混合ガス自体を冷媒として電極の冷却にも寄与させることが可能になる。
【００２５】
以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例にすぎず、本発明の技術的範囲をなんら限定するものではない。
【００２６】
【実施例】
図１は、本発明に係るオゾン発生装置の具体的な構成例を示す図である。尚、同図において、既に図３、図４で示した従来のオゾン発生装置と共通の構成要素には共通の参照番号を付している。
【００２７】
同図に示すように、このオゾン発生装置は、外囲器である誘電体外筒３の外側に巻き付けた網状の金属部材を外側電極１ａとしている。これに対して、内側電極２ｂは、平滑な表面を有する筒状の金属部材であり、スペーサ６ａにより誘電体外筒３の内側に一定の放電ギャップを保持しつつ支持されている。
【００２８】
なお、このオゾン発生装置でも、誘電体外筒３の一端は閉じており、開口端側にホルダ７ｃを介して装着されたハーフユニオン７ａ、７ｂを介して原料ガス（酸素ガス）を供給され、また、発生したオゾンを放出するように構成されている。即ち、酸素ガスは、ハーフユニオン７ａを介して誘電体外筒３の内側と内側電極２ｂとの間の放電ギャップに供給され、放電にさらされた後、内側電極２ｂの内側と接続管７ｃを通ってハーフユニオン７ｂに至る。
【００２９】
また、本発明の好ましい態様によれば、内側電極２ｂと誘電体外筒３の間隔を保持するスペーサ６ａは、放電ギャップ内を流通する酸素／オゾン混合ガスの整流にも寄与する。従って、スペーサ６ａの形状および配置を適宜調整することにより、原料ガスが効率よく放電にさらされるように構成することができる。
【００３０】
以上のように構成されたオゾン発生装置では、外側電極１ａが誘電体外筒３の表面に密着巻きされているので、その網状の形状により形成された多数の突起が誘電体外筒表面に沿って配列されることになる。従って、平滑な表面を有する内側電極２ｂとのギャップはいずれの突起においても正確に等しくなり、電子放射の偏在分布が低減され、理想的な平等電界を生成させることができる。従って、従来のオゾン発生装置では異常放電を避けるためにコロナ放電にすることを余儀なくされていたのに対して、３０倍以上の電力密度が得られるグロー放電（数十ミリアンペア）によりオゾンを発生させることが可能になる。
【００３１】
また、同様の理由で、本発明に係るオゾン発生装置では、全体の放電電圧を２０００Ｖ程度と従来の５分の一まで下げることができ、誘電体の絶縁にも余裕が得られる。実際、ガラス等を用いた誘電体外筒の厚さを１≡程度まで薄くすることができる。
【００３２】
更に、このオゾン発生装置では、放電ギャップ内での原料ガスの流速が秒速数十メートル程度になると共に、前述したスペーサ６ａによってガス流が乱流になり、スペーサが無い場合に比べて放電電子のエネルギーを受ける機会が多くなる。結果として放電エネルギーに対しオゾン収量は、具体的に後述するように、６００ｇ／Ｋｗｈ程度まで向上される。なお、オゾン収量は、酸素濃度９２％の原料ガスを流量１．５Ｌ／分、で供給したときに、１０万ｐｐｍのオゾンが３０ｗｈで得られたことにより表されているが、これは従来の構成のオゾン発生装置での収率が１２０〜２００ｇ／Ｋｗｈであるのに対して３〜５倍の能力を持つことになる。
【００３３】
なお、実際に使用するオゾン発生装置では、外側電極１ａの外側に放熱器５を装着して強制冷却を行うことが好ましい。また、放熱器５を装着する際、金網と放熱器の間にも熱容量の小さな部材を隙間無く巻いておくことが好ましい。このような構成で効率の良い冷却を行うことにより、温度上昇によるオゾン収量の低下を防止することができる。
【００３４】
また、放電のために印加した高周波電圧により生じる電磁輻射が周囲に与える影響を防止する目的で、外側電極１ａの周囲を遮蔽材で覆っておくことも好ましい。
【００３５】
図２は、本発明に係るオゾン発生装置の他の実施態様を示す図である。
【００３６】
このオゾン発生装置は、内側電極２ｂの表面が、誘電体層４ｂにより被覆されている点においてのみ、図１に示したオゾン発生装置と異なっている。このような構成により、放電による電極からの金属イオンの放出が防止され、清浄なオゾンを供給することが可能になる。
【００３７】
なお、内側電極２ｂを誘電体層４ｂで被覆することにより、有効な放電を発生させるための条件は厳しくなり、より高い電圧と高い周波数が要求される。また、このような大電力を供給することにより、電極における発熱量も大きくなる。
しかしながら、本発明に係るオゾン発生装置では安定した放電が可能なので、放電ギャップを０．１≡程度まで狭くすることができる。これを一般的な無声放電方式における３〜５ミリという放電ギャップと比較すると、印加電圧を十分の一程度まで低減できることを意味する。従って、印加電力は、誘電体層４ａを設けなかった場合に比較して２倍弱程度の増加で足りる。
【００３８】
また、印加する電源周波数は高周波になるほど電極の静電容量に影響されるが、このオゾン発生装置では、外側電極に金属丸細線で編んだ網状部材を用いているので静電容量が小さく、高周波数にすることによる効率低下への影響も少ない。
【００３９】
上記のようなオゾン発生装置の性能を検証するために、実際に種々の構造のオゾン発生装置を作製して性能を比較した。即ち、図３に示した従来の構造のオゾン発生装置（比較例１）と、図４に示した従来の他の構造のオゾン発生装置（比較例２）と、図３に示したオゾン発生装置をクリーンオゾン発生用の仕様にしたもの（比較例３）と、更に、図１および図２に示した本発明に係るオゾン発生装置（実施例１及び実施例２）とをそれぞれ実際に作製し、その性能を比較した。各装置の仕様と性能を表１に比較して示す。
【００４０】
【表１】
2004026576.tif 000003
【００４１】
表１に示した結果から明らかなように、本願発明に係るオゾン発生装置は、従来の構造のイオン発生装置に対して明らかに収率が向上されている。
【００４２】
また、本発明に係るオゾン発生装置は、従来のものとほぼ同じ工程で製造することができるので量産に適している一方、金網状部材を用いた外側電極の内面が誘電体外筒部材により位置決めされているので、正確な放電ギャップを容易に形成することができる。更に、内側電極は平滑なので、これを被覆してクリーンオゾン発生用の装置を容易且つ廉価に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るオゾン発生装置の具体的な構成例を示す断面図である。
【図２】本発明に係るオゾン発生装置の他の構成を具体的に示す断面図である。
【図３】従来のオゾン発生装置の典型的な構成を示す図である。
【図４】従来のオゾン発生装置の他の構成を示す図である。
【符号の説明】
１、１ａ・・・外側電極、
２、２ａ、２ｂ・・・内側電極
３・・・誘電体外筒、
４、４ａ・・・誘電体内筒（ガラス管）、
５・・・ヒートシンク、
６、６ａ・・・スペーサ、
７ａ、７ｂ・・・ハーフユニオン、
７ｃ・・・接続部材、
８・・・ホルダ
【図１】
2004026576.tif 000004
【図２】
2004026576.tif 000005
【図３】
2004026576.tif 000006
【図４】
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