(57)【要約】【課題】構造自体が簡単で組立やすく、安価に製作でき、原料ガスを加圧下で高濃度のオゾンガスを発生可能な小型のオゾン発生装置を提供する。【解決手段】実質的に中空円筒体形状を有するセラミック誘電体の内側放電面に金属薄層が設けられた外部電極２の内部空洞部分に、実質的に棒状の内部電極１が、両電極間に空隙が形成されるようにして挿通された状態で同軸上に配置されており、当該空隙内に、酸素を含む原料ガスを供給しながら両電極間に電圧を印加して放電させてオゾンを発生させる装置で、内部電極１の外周面にネジ山が設けられることで内部電極１自体が雄ネジ状になっており、内部電極１の一端側（酸素ガス入口４）から他端側（オゾンガス出口５）へ向かって流れる原料ガスは、内部電極１のネジ溝に沿って螺旋状に流れる。この際、反応熱を除去するためにブラシ状の空冷放熱体３を設けることが好ましい。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に中空円筒体形状を有するセラミック又はガラス製の誘電体の外周面に金属薄層が設けられてなる外部電極２の内部空洞部分に、実質的に棒状の内部電極１が、当該内部電極１と前記外部電極２を構成するセラミック誘電体との間に空隙が形成されるようにして挿通された状態で同軸上に配置されており、前記空隙内に、酸素を含む原料ガスを供給しながら前記内部電極１と前記外部電極２との間に電圧を印加して放電させることによりオゾンを発生させるようにしたオゾン発生装置において、
前記内部電極１の外周面にネジ山が設けられることで内部電極１自体が雄ネジ状になっており、前記空隙内を当該内部電極１の一端側から他端側へ向かって流れる前記原料ガスが、前記内部電極１の外周面に形成されたネジ状溝に沿って螺旋状に流れる構造であ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、特殊な形状の内部電極を有することで、加圧状態の原料ガス層から高濃度のオゾンガス（１００〜１４０ｇ／ｍ３　）を発生させることが可能な小型のオゾン発生装置（オゾナイザー）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日までに製作されている安価な空冷式のオゾナイザーは、円筒状のガラスやセラミックを誘電体としてそれに外部電極である金属ペーストをつけて、一般的には原料ガス（乾燥空気や酸素ガス）を大気圧に近い状態で内部電極（放電銃）とガラス管の間に流して無声放電を起こしてオゾンガスを発生させるものであった。しかしながら、これらの装置で発生するオゾンガス濃度は２０〜３０ｇ／ｍ３　程度であり、原料ガスを加圧状態にした場合には、さらにオゾンガス濃度が低下するという問題がある。
【０００３】
近年、オゾンガスを加圧水／空気／ガスに強制注入させてオゾン効果を図ることも行われてきているが、既存のオゾナイザーは大気圧下で最高性能が出るシステムになっており、オゾンガスの注入にはオゾンコンプレッサー等によりオゾナイザー出口ガスを加圧する必要があった。そのため、既存のオゾナイザー自体で０．２ＭＰａに加圧しようとすると大気圧下の数％の性能となり、例えば大気圧下にて５０ｇ／ｍ３　のオゾン濃度（加圧０．２ＭＰａの場合）であったものが２〜３ｇ／ｍ３　にまで低下することになる。
【０００４】
又、外部電極の円筒体状誘電体の内部空洞に、同軸上に円柱状の内部電極が設けられた従来のオゾン発生装置の場合には、内部電極と誘電体との間の空間ギャップの距離に比例して放電部が決定されるために、誘電体表面の加工精度が要求され、その上、空間ギャップを流れる酸素含有ガスは圧力損失に比例するので、誘電体肉厚と空間ギャップのそれぞれの距離精度の必要となり、高圧電極はステンレス等の金属で構成されるために精度がとれるが、誘電体のガラスやセラミックは精度がとれず、精度を要求すると高価になるという問題点があった。
【０００５】
更に、これまでに、図２に示されるような、一定間隔（一般的には５〜１０ｍｍ間隔）で同軸上に配置された複数個の小円板状体（直径１０〜２０ｍｍ）の各中心を棒状体が貫通した構造を有した内部電極１が、円筒体状の外部電極２の内部空洞に同軸上に配置され、この外部電極２の外周面にはフィン型放熱体３’が設けられており、一端側の酸素ガス入口４から他端側のオゾンガス出口５に向かって気体が流れ、酸素ガス入口４からオゾンガス出口５へ向かう間に２ヵ所の放電領域が設けられた構成の小型オゾナイザーも提案されているが、このような構造のオゾナイザーにも、高濃度のオゾンガス（例えば１００ｇ／ｍ３　以上）を得ることは困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題点を解決し、従来より知られているオゾナイザーと同等の製造コストにて製造することができ、構造自体も簡単で組立やすく小型化に適し、また、装置の小型化によって空冷方式（オゾン発生時の反応熱を空気で除熱する方式）でありながら、原料ガスを加圧下で高濃度のオゾンガスを発生可能な小型のオゾン発生装置を提供することを課題とする。
【０００７】
本発明者等は、様々な形状の内部電極（放電銃）を試作してオゾンガス発生テストを繰り返した結果、従来の円筒状ガラス管の外部に金属ペーストを設けてなる外部電極内に、一定の空隙が形成されるようにして、外周面にネジ山が設けられた実質的に棒状の内部電極（ＳＵＳ製）を位置させた電極構造を採用することによって装置を小型化することができ、しかも原料ガスを加圧下で流入させて、原料ガス（乾燥空気、酸素ガス）の流量および圧力を変更しながら両電極間に電圧を印加することによって、従来のオゾナイザーとは比較にならないほど高濃度のオゾンガスが発生することを見い出し、本発明を完成した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明のオゾン発生装置は、実質的に中空円筒体形状を有するセラミックやガラス製の誘電体の外周面に金属薄層が設けられてなる外部電極２の内部空洞部分に、実質的に棒状の内部電極１が、当該内部電極１と前記外部電極２を構成するセラミック誘電体との間に空隙が形成されるようにして挿通された状態で同軸上に配置されており、前記空隙内に、酸素を含む原料ガスを供給しながら前記内部電極１と前記外部電極２との間に電圧を印加して放電させることによりオゾンを発生させるようにしたものにおいて、
前記内部電極１の外周面にネジ山が設けられることで内部電極１自体が雄ネジ状になっており、前記空隙内を当該内部電極１の一端側から他端側へ向かって流れる前記原料ガスが、前記内部電極１の外周面に形成されたネジ状溝に沿って螺旋状に流れる構造であることを特徴とする。
【０００９】
この際、本発明では、前記内部電極１のネジ山のピッチは０．５〜１．５ｍｍが好ましく、前記外部電極２を構成する円筒状セラミック誘電体の外径は１０〜１５ｍｍが好ましく、前記空隙における前記ネジ山の頂部と前記外部電極２との距離は０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のオゾン発生装置の好ましい一例を図面に示して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１１】
図１（ａ）は、本発明のオゾン発生装置の好ましい一例における構成図（外部電極２から内部電極１を引き出した際の様子を示す図）である。
本発明のオゾン発生装置は、原料ガスを乾燥空気又は酸素ガスとしてオゾンガスを発生させる小型のオゾナイザーで、特殊な形状の内部電極とそれを被うセラミック誘電体に通電性金属を蒸着させた外部電極から成り、図１（ａ）に示されるように、本発明のオゾン発生装置における内部電極１は細長円柱状体であり、その放電部分（両端部分を除く部分）の外周面には一定のピッチでネジ山（ネジ状溝）が設けられており、電極が組立てられた状態においては、内部電極１は外部電極２の内部空洞部分に挿通されるようにして同軸上に配置され、内部電極１と外部電極２側の円筒状誘電体とは接触することなく一定の空隙が形成された状態で位置している。尚、本発明の装置における外部電極２は、実質的に中空円筒体形状を有するセラミック誘電体（円筒状セラミック誘電体）の外周面に金属薄層が設けられた構造となっている。
【００１２】
本発明のオゾン発生装置では、外部電極２の円筒状誘電体の内に挿通された内部電極１が雄ネジ状構造であるために、酸素を含む原料ガスが内部電極１の一端側から他端側へ、即ち図１における酸素ガス入口４からオゾンガス出口５へ向かって流れ、内部電極１の外周面に形成されたネジ状溝に沿った強制的な螺旋状の流れとなって空隙内を流動し、原料ガスがネジ状溝を流れるためにショートパスや偏流がなく、気体がオゾン化されやすい構造となっている。又、このような雄ネジ状の内部電極１は形状加工が容易であり、外部電極２と組み立てた際の空間ギャップの精度がバラツイても、気体が放電部の全てを通過するため、両電極間に一定の電圧をかけた際、安定した発生濃度を達成するのに好適である。
【００１３】
本発明では、内部電極１のネジ山の頂部と外部電極２の円筒状セラミック誘電体との距離（空間ギャップ）が０．１〜０．３ｍｍであることが好ましく、この距離が大きすぎるとネジ状溝に気体が流れなくなり、偏流を生ずる。又、逆に小さすぎると、ネジ状溝を気体が流れることにはなるが、ネジ山の先端付近で放電するので気体がオゾン化されなくなってしまう。本発明の装置では、円筒状セラミック誘電体とネジ山との間隔がラフに保たれ、放電部がばらついたとしてもできるだけ多量のガスが放電部を流れ、全放電エネルギーが高効率でオゾン化に使用される。
【００１４】
尚、本発明の装置では、放電時に発生する反応熱を除去するために安価で安全性・耐久性のある空冷方式を採用され、特に図１（ｂ）に示されるようにして、外部電極２の外周面に、当該外周面から外側方向に向かって放射状に延びたブラシ状の空冷放熱体３を設けることが好ましい。この空冷放熱体３としては、放熱効果を上げるためにブラシ状に加工したアルミニウムの放熱体が好ましく、外部より空冷ファンで空冷放熱体３に対して強制的に空気を吹き付けることで、オゾンを発生するときの反応熱を効率良く除去することができる。
【００１５】
【実施例】
実施例１及び比較例１〜３：内部電極の形状および構造の違いによる、原料ガス流量を変化させた際のオゾンガス濃度の測定実験
本発明のオゾン発生装置用の内部電極として、直径８．５ｍｍの棒状体（ＳＵＳ３１６）の外周面にネジ加工（ネジピッチ：１ｍｍ）を施し、雄ネジ状の内部電極を作製した（実施例１）。
一方、比較用内部電極として、１ｍｍピッチで同軸上に配置された複数個の小円板状体（直径８．５ｍｍで、円周上の等角度の位置５ヵ所に切り欠き部が設けられているもの）の各中心を線状体が貫通した構造の円板型電極（比較例１）、直径７．９ｍｍのガラス棒の外周面に密接するようにして円筒状の金属製メッシュ（線径０．３ｍｍ、網目の大きさ１ｍｍ角）を配置させた金網型電極（比較例２）、直径７．９ｍｍのガラス棒の外周面に線径０．３ｍｍのワイヤーを１ｍｍピッチで巻き付けたワイヤー型電極（比較例３）を準備した。
そして、上記の内部電極をそれぞれ、外径が１０ｍｍ、肉厚が０．５ｍｍのセラミック管の外周面に円筒状に金属ペースト部（円筒部の長さ７０ｍｍ）が設けられた外部電極の内部空洞に、同軸上に配置させた。
【００１６】
そして、上記の内部電極と外部電極との間に、それぞれ電圧を印加して放電させることにより、以下の表１に記載される流量にてオゾンを発生させ、各流量におけるオゾンガス濃度を紫外線式オゾン濃度計にて測定した。
この結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１の実験結果は、本発明のネジ型電極（実施例１）の場合、同じ流量において、他の形状の電極（比較例１〜３）に比べて高濃度のオゾンガスが得られることを示しており、又、同程度のオゾンガス濃度を得る際に、流量を大きくすることができるために、装置を小型化するのに有利であることを示している。
【００１９】
【発明の効果】
上記の比較測定実験結果からもわかるように、本発明のオゾン発生装置は、内部電極を特殊なネジ状構造にし、ギャップ精度が低く、放電部分がバラついても多量の気体が全放電部を通過することで、加圧下でのオゾンガス発生が容易にでき、また、空冷式のオゾン発生装置としては飛躍的な（従来の装置の２倍以上の）オゾンガス濃度が確保でき、これらにより、本発明ではオゾン発生装置自体のコンパクト化、又、大幅なコストダウンが達成できた。
【００２０】
更に、本発明のオゾン発生装置では、電極を円筒状にすることによりガス部のシールが簡単にできることからガス層を加圧にすることが可能となり、高濃度のオゾンガスが発生させることができ、原料ガスは特殊な形状の内部電極と円柱パイプ状の誘電体との空間を流れ、外部冷却ファンで外部電極に取り付けた金属のブラシ状空冷放熱体に風を強制的に吹き付けることで反応熱を除去する空冷式であり、さらに、除熱の効果を上げるために内部電極のコアに冷却用の空気を通すことにより、さらにオゾンガスの濃度を高くすることもできる。
尚、本発明のオゾン発生装置の場合、加圧注入に高価なオゾンコンプレッサーが不要であり、これによりオゾン使用システムを安価に製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明のオゾン発生装置の好ましい一例における構成図であり、（ｂ）は、外側方向に向かって放射状に延びたブラシ状の空冷放熱体３の外観を示す図である。
【図２】従来の小型オゾナイザーの構成図である。
【符号の説明】
１　内部電極
２　外部電極
３　ブラシ状の空冷放熱体
３’フィン型放熱体
４　酸素ガス入口
５　オゾンガス出口
【図１】
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【図２】
2004059365.tif 000005