(57)【要約】  本発明は、低温プラズマオゾン発生器であって、流入ガスポートと、少なくとも１つの入側電極であって、当該入側電極が、当該入側電極の実質的に周辺部に複数の孔を有しており、前記複数の周辺部の孔が前記流入ガスポートと流体連通しており、前記複数の周辺部の孔が、前記乾燥ガスが前記周辺部の孔を通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つの入側電極と、少なくとも１つの出側電極であって、当該出側電極が、当該出側電極の中心部に少なくとも１つの孔を有しており、前記少なくとも１つの孔が、ガスが前記孔を通過するのを可能にするように形成されており、前記入側電極と前記出側電極とが、前記入側電極と前記出側電極との間に前記高電圧交流電流を維持するように形成されている、少なくとも１つの出側電極と、前記入側電極と前記出側電極との間の少なくとも１つのスペーサであって、当該スペーサが、前記入側電極と前記出側電極との間に一定幅のギャップを維持するように形成されている、少なくとも１つのスペーサと、流出ポートとを含む、低温プラズマオゾン発生器を提供する。
2018531211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス中の酸素からオゾンを生成するための低温プラズマオゾン発生器であって、前記低温プラズマオゾン発生器が、
流入ガスポートと、
少なくとも１つの入側電極であって、当該入側電極が、当該入側電極の実質的に周辺部に複数の孔を有しており、前記複数の周辺部の孔が前記流入ガスポートと流体連通しており、前記複数の周辺部の孔が、前記乾燥ガスが前記周辺部の孔を通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つの入側電極と、
少なくとも１つの出側電極であって、当該出側電極が、当該出側電極の中心部に少なくとも１つの孔を有しており、前記少なくとも１つの孔が、ガスが前記孔を通過するのを可能にするように形成されており、前記入側電極と前記出側電極とが、前記入側電極と前記出側電極との間に高電圧交流電流を維持するように形成されている、少なくとも１つの出側電極と、
前記入側電極と前記出側電極との間の少なくとも１つのスペーサであって、当該スペーサが、前記入側電極と前記出側電極との間に一定幅のギャップを維持するように形成されており、前記一定幅のギャップが、前記入側電極内の前記複数の周辺部の孔から前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔へ前記ガスが通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つのスペーサと、
前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔と流体連通する流出ポートと
を備え、
前記低温プラズマオゾン発生器が外部冷却を必要としない、
低温プラズマオゾン発生器。
【請求項２】
前記ギャップの厚さが約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍの範囲内である、請求項１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項３】
前記ギャップの厚さが約０．３ｍｍである、請求項１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項４】
前記複数の周辺部の孔から前記少なくとも１つの中心部の孔へと半径方向内側に向かう前記ガスの通路が、前記ガス中のオゾンの量を最大化するように、前記ガスが前記電極（１，２）の間の前記ギャップ内の実質的に全ての領域と接触することを提供するように形成されている、請求項１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項５】
前記高電圧交流電流が約１８００ボルトである、請求項１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項６】
前記高電圧交流電流の周波数が約７ｋＨｚ〜約３０ｋＨｚである、請求項１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項７】
前記高電圧交流電流の周波数が約８ｋＨｚである、請求項１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項８】
生成されるオゾンの量が、前記高電圧交流電流の周波数を調節することにより制御可能である、請求項１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項９】
無孔質セラミック誘電材料の被膜が電極に結合されており、前記電極が、前記少なくとも１つの入側電極、前記少なくとも１つの出側電極、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１０】
前記無孔質セラミック誘電体被膜が、前記電極の、前記ギャップに向いた側に位置する、請求項９に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１１】
前記無孔質セラミック誘電体被膜の厚さが全体で約７５〜約１２５μｍである、請求項９に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１２】
前記無孔質セラミック誘電体被膜は、スクリーン印刷技術と、これに続いて炉内で硬化させることによって生産することができるものである、請求項９に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１３】
前記ガスが、酸素、空気、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１４】
前記空気が乾燥空気である、請求項１３に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１５】
前記流入ガスポートが、通過するガスを乾燥させるように形成された空気乾燥機、酸素濃縮器、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択されるガス供給器と流体連通している、請求項１３に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１６】
ガス中の酸素からオゾンを生成する方法であって、
流入ガスポートと、
少なくとも１つの入側電極であって、当該入側電極が、当該入側電極の実質的に周辺部に複数の孔を有しており、前記複数の周辺部の孔が前記流入ガスポートと流体連通しており、前記複数の周辺部の孔が、前記乾燥ガスが前記周辺部の孔を通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つの入側電極と、
少なくとも１つの出側電極であって、当該出側電極が、当該出側電極の中心部に少なくとも１つの孔を有しており、前記少なくとも１つの孔が、ガスが前記孔を通過するのを可能にするように形成されており、前記入側電極と前記出側電極とが、前記入側電極と前記出側電極との間に高電圧交流電流を維持するように形成されている、少なくとも１つの出側電極と、
前記入側電極と前記出側電極との間の少なくとも１つのスペーサであって、当該スペーサが、前記入側電極と前記出側電極との間に一定幅のギャップを維持するように形成されており、前記一定幅のギャップが、前記入側電極内の前記複数の周辺部の孔から前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔へと前記ガスが通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つのスペーサと、
前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔と流体連通する流出ポートと、
を含む低温プラズマオゾン発生器を用意する工程と、
前記流入ガスポートを供給ガス源に接続する工程と、
前記高電圧交流電流を、前記入側電極、前記出側電極、及びこれらの任意の組み合わせから成る群の構成要素に提供する工程と、
供給ガスを、前記流入ガスポートを通し、前記複数の周辺部の孔を通し、前記ギャップ内を半径方向内側に向かって、前記出側電極の前記中心部の前記少なくとも１つの孔を通し、そして前記流出ガスポートを通して流し、これにより前記供給ガス中の酸素からオゾンを生成する工程と
を含み、
前記低温プラズマオゾン発生器が外部冷却を必要としないものである、
ガス中の酸素からオゾンを生成する方法。
【請求項１７】
さらに、前記ギャップの厚さを約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍの範囲内となるように選択する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
さらに、前記ギャップの厚さを約０．３ｍｍとなるように選択する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、前記複数の周辺部の孔から前記少なくとも１つの中心部の孔へ前記ガスを半径方向内側に向って流し、これにより、前記ガスが前記電極（１，２）の間の前記ギャップ内の実質的に全ての領域と接触することを提供することによって、前記ガス中のオゾンの量を最大化する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、前記高電圧交流電流を約１８００ボルトとなるように選択する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
さらに、前記高電圧交流電流の前記周波数を約７ｋＨｚ〜約３０ｋＨｚとなるように選択する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
さらに、前記高電圧交流電流の前記周波数を約８ｋＨｚとなるように選択する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
さらに、生成されるオゾンの量を、前記高電圧交流電流の周波数を調節することにより制御する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
さらに、無孔質セラミック誘電材料の被膜を電極に結合する工程と、前記電極を、前記少なくとも１つの入側電極、前記少なくとも１つの出側電極、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択する工程とを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
さらに、前記無孔質セラミック誘電体被膜を、前記電極の、前記ギャップに向いた側に結合する工程を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
さらに、厚さが約１００〜約１２５μｍである前記無孔質セラミック誘電体被膜を提供する工程を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
さらに、スクリーン印刷技術によって少なくとも１つの前駆体層を設ける工程と、そしてこれに続いて前記前駆体層を炉内で硬化させる工程とによって、前記無孔質セラミック誘電体被膜を生成させることを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
さらに、酸素、空気、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から前記ガスを選択する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２９】
さらに、前記空気を乾燥空気として提供する工程を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
さらに、通過するガスを乾燥させるように形成された空気乾燥機、酸素濃縮器、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択されたガス供給器によって、前記空気から水を除去する工程を含む、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
オゾンは極めて強力なガス状反応物質であり、その有用性は多年にわたって種々様々な産業用途において充分に確立されている。最近、毒性副生成物を生成することなしに強力な酸化剤（oxidant）、マイクロフロキュラント（microflocculant）、及び殺菌剤として作用するその能力に基づき、あらゆるタイプの浄水用途におけるオゾンの価値がクローズアップされるようになっている。
【０００２】
オゾン発生器は家庭では屋内空気清浄及び脱臭のために使用される。食品生産中には、これらは食品を滅菌するため、そして果実及び野菜から農薬を除去するために使用され、また食品貯蔵容器内に適用される。漁業の場合、オゾン発生器は、水産物貯蔵容器、冷凍庫、及び魚用水槽内に使用され、また水の滅菌及び養魚場内の消毒の際にも使用される。製造業においては、オゾン発生器は着色及び漂白のために使用され、それらの産業用途は、工場の廃水処理、汚水処理、及び飲料水供給部浄化を含む。
【０００３】
最も広く用いられるオゾン生成方法は、一方の側では導電性電極によって仕切られ、他方の側では誘電電極によって仕切られた狭いギャップを、乾燥空気又は酸素が通過するようにすることである。交流高電圧がこれらの電極を横切るように接続され、ギャップを横切る高電圧場を生成する。この場はコロナ放電を形成する。「無声放電（silent discharge）」又は「低温プラズマ放電（cold plasma discharge）」としても知られているこのような放電は、実際には数多くの過渡的なマイクロ放電から成り、ガスの所定のパーセンテージをオゾンに変換する。
【０００４】
高品質の従来技術のコロナオゾン発生器の大部分は、大規模産業タイプの用途のために構成されている。今日では、信頼性が極めて高く、しかもコストが妥当であり、且つメンテナンスが容易である小さな独立型セルが、数多くの水処理用途において大いに必要とされている。この必要性に対処する従来技術のほとんどは、以前の構成の規模縮小されたバージョンから成る。そしてこれらのバージョンは、未だに大規模構成の特徴の多くを維持したままであるので、しばしば極端に高価であり、また組み立て及び保守点検が難しいこともある。
【０００５】
コロナオゾン発生器は通常、２つの大まかなカテゴリー、すなわち金属チューブと誘電チューブとの間に細長い環状コロナギャップが形成されている同心チューブタイプ、又は金属板と誘電体板との間に平らなコロナギャップが形成されている平板タイプ、のうちの一方に含まれる。両タイプは従来技術においてよく知られており、両カテゴリーにおける構成に関して数多くの特許が発行されている。
【０００６】
しかしながら、目下のコロナオゾン発生器は典型的には以下の欠点を被る。
１．  セル内部又はセル外部でのアーク放電。
２．  オゾンを形成するために、電極間で極めて高い電圧（５ＫＶ超）が必要とされる。このような高い電圧は多くの熱を発生させ、電極の寿命を短くする。
３．  高い電力消費量。
４．  オゾン発生器のコンスタントな冷却を必要とする発熱。
５．  電磁適合性（ＥＭＣ）の問題、安全性の問題、及びＵＬ（又は他の）認証を得ることの難しさ。
６．  電極の耐用寿命が短い。
【０００７】
従って、上記問題点を被らない、信頼性の高い低廉な小型オゾン発生器セルが長きにわたり必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、低温プラズマオゾン発生器によってオゾンを提供するシステム及び方法を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の別の目的は、ガス中の酸素からオゾンを生成するための低温プラズマオゾン発生器であって、前記低温プラズマオゾン発生器が、
流入ガスポートと、
少なくとも１つの入側電極（in-electrode）であって、当該入側電極が、当該入側電極の実質的に周辺部に（at a perimeter）複数の孔を有しており、前記複数の周辺部の孔が前記流入ガスポートと流体連通しており、前記複数の周辺部の孔が、前記乾燥ガスが前記周辺部の孔を通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つの入側電極と、
少なくとも１つの出側電極（out-electrode）であって、当該出側電極が、当該出側電極の中心部に少なくとも１つの孔を有しており、前記少なくとも１つの孔が、ガスが前記孔を通過するのを可能にするように形成されており、前記入側電極と前記出側電極とが、前記入側電極と前記出側電極との間に前記高電圧交流電流を維持するように形成されている、少なくとも１つの出側電極と、
前記入側電極と前記出側電極との間の少なくとも１つのスペーサであって、当該スペーサが、前記入側電極と前記出側電極との間に一定幅のギャップを維持するように形成されており、前記一定幅のギャップが、前記入側電極内の前記複数の周辺部の孔から前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔へ前記ガスが通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つのスペーサと、
前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔と流体連通する流出ポートと
を備え、
前記低温プラズマオゾン発生器が外部冷却を必要としない、
低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、前記ギャップの厚さが約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍである、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、前記ギャップの厚さが約０．３ｍｍである、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、前記複数の周辺部の孔から前記少なくとも１つの中心部の孔へと前記ガスの前記半径方向内側に向かう（radially inward）通路が、前記ガス中のオゾンの量を最大化するために前記ガスが前記電極の間の前記ギャップ内の領域のほぼ全てと接触することを提供するように形成されている、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、前記高電圧交流電流が約１８００ボルトである、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、前記高電圧交流電流の周波数が約７ｋＨｚ〜約３０ｋＨｚである、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、前記高電圧交流電流の周波数が約８ｋＨｚである、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、生成されるオゾンの量が、前記高電圧交流電流の周波数を調節することにより制御可能である、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、無孔質セラミック誘電材料の被膜が電極に結合されており、前記電極が、前記少なくとも１つの入側電極、前記少なくとも１つの出側電極、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択される、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００１８】
本発明の別の目的は、前記無孔質セラミック誘電体被膜が、前記電極の、前記ギャップに向いた側に位置する、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００１９】
本発明の別の目的は、前記無孔質セラミック誘電体被膜の総厚が約１００〜約１２５μｍである、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００２０】
本発明の別の目的は、前記無孔質セラミック誘電体被膜を、スクリーン印刷技術によって、そしてこれに続いて炉内で硬化させることによって生産することができる、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００２１】
本発明の別の目的は、前記ガスが、酸素、空気、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択される、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００２２】
本発明の別の目的は、前記空気が乾燥空気である、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００２３】
本発明の別の目的は、前記ガス流入ポートが、通過するガスを乾燥させるように形成された空気乾燥機、酸素濃縮器、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択されたガス供給器と流体連通している、上記低温プラズマオゾン発生器を提供することである。
【００２４】
本発明の別の目的は、ガス中の酸素からオゾンを生成する方法であって、
流入ガスポートと、
少なくとも１つの入側電極であって、当該入側電極が、当該入側電極の実質的に周辺部に複数の孔を有しており、前記複数の周辺部の孔が前記流入ガスポートと流体連通しており、前記複数の周辺部の孔が、前記乾燥ガスが前記周辺部の孔を通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つの入側電極と、
少なくとも１つの出側電極であって、当該出側電極が、当該出側電極の中心部に少なくとも１つの孔を有しており、前記少なくとも１つの孔が、ガスが前記孔を通過するのを可能にするように形成されており、前記入側電極と前記出側電極とが、前記入側電極と前記出側電極との間に前記高電圧交流電流を維持するように形成されている、少なくとも１つの出側電極と、
前記入側電極と前記出側電極との間の少なくとも１つのスペーサであって、当該スペーサが、前記入側電極と前記出側電極との間に一定幅のギャップを維持するように形成されており、前記一定幅のギャップが、前記入側電極内の前記複数の周辺部の孔から前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔へ前記ガスが通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つのスペーサと、
前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔と流体連通する流出ポートと、
を備えた低温プラズマオゾン発生器を用意する工程と
前記流入ガスポートを前記供給ガスの源に接続する工程と
前記高電圧交流電流を、前記入側電極、前記出側電極、及びこれらの任意の組み合わせから成る群の構成要素（member）に提供する工程と、
前記供給ガスが前記流入ガスポートを通過し、前記複数の周辺部の孔を通過し、前記ギャップ内を半径方向内側に向かって、前記出側電極の前記中心部の前記少なくとも１つの孔を通過し、そして前記流出ガスポートを通過するようにし、これにより前記供給ガス中の前記酸素からオゾンを生成する工程と
を含み、
前記低温プラズマオゾン発生器が外部冷却を必要としない、
ガス中の酸素からオゾンを生成する方法を提供することである。
【００２５】
本発明の別の目的は、さらに、前記ギャップの厚さを約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍとなるように選択する工程を含む、上記方法を提供することである。
【００２６】
本発明の別の目的は、さらに、前記ギャップの厚さを約０．３ｍｍとなるように選択する工程を含む、上記方法を提供することである。
【００２７】
本発明の別の目的は、さらに、前記複数の周辺部の孔から前記少なくとも１つの中心部の孔へ前記ガスを前記半径方向内側に向って流し、これにより、前記ガスが前記電極の間の前記ギャップ内の領域のほぼ全てと接触することを提供することによって、前記ガス中のオゾンの量を最大化する工程を含む、上記方法を提供することである。
【００２８】
本発明の別の目的は、さらに、前記高電圧交流電流を約１８００ボルトとなるように選択する工程を含む、上記方法を提供することである。
【００２９】
本発明の別の目的は、さらに、前記高電圧交流電流の前記周波数を約７ｋＨｚ〜約３０ｋＨｚとなるように選択する工程を含む、上記方法を提供することである。
【００３０】
本発明の別の目的は、さらに、前記高電圧交流電流の前記周波数を約８ｋＨｚとなるように選択する工程を含む、上記方法を提供することである。
【００３１】
本発明の別の目的は、さらに、生成されるオゾンの量を、前記高電圧交流電流の周波数を調節することにより制御する工程を含む、上記方法を提供することである。
【００３２】
本発明の別の目的は、さらに、無孔質セラミック誘電材料の被膜を電極に結合する工程と、前記電極を、前記少なくとも１つの入側電極、前記少なくとも１つの出側電極、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択する工程とを含む、上記方法を提供することである。
【００３３】
本発明の別の目的は、さらに、前記無孔質セラミック誘電体被膜を、前記電極の、前記ギャップに向いた側に結合する工程を含む、上記方法を提供することである。
【００３４】
本発明の別の目的は、さらに、厚さが約７５〜約１２５μｍである前記無孔質セラミック誘電体被膜を提供する工程を含む、上記方法を提供することである。
【００３５】
本発明の別の目的は、さらに、スクリーン印刷技術によって少なくとも１つの前駆体層を設ける（laying down）工程と、そしてこれに続いて前記前駆体層を炉内で硬化させる工程とによって、前記無孔質セラミック誘電体被膜を生産することを含む、上記方法を提供することである。
【００３６】
本発明の別の目的は、さらに、酸素、空気、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から前記ガスを選択する工程を含む、上記方法を提供することである。
【００３７】
本発明の別の目的は、さらに、前記空気を乾燥空気として提供する工程を含む、上記方法を提供することである。
【００３８】
本発明の別の目的は、さらに、通過するガスを乾燥させるように形成された空気乾燥機、酸素濃縮器、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択されたガス供給器によって、前記空気から水を除去する工程を含む、上記方法を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１ａ】図１ａは、本発明の低温プラズマオゾン発生器の１実施態様を示す斜視図である。
【図１ｂ】図１ｂは、図１ａの実施態様を示す側方断面図である。
【図１ｃ】図１ｃは、図１ａの低温プラズマオゾン発生器を示す分解斜視図である。
【図１ｄ】図１ｄは、本発明の低温プラズマオゾン発生器の別の実施態様を示す斜視図である。
【図１ｅ】図１ｅは、図１ｄの実施態様を示す側方断面図である。
【図１ｆ】図１ｆは、図１ｄのオゾン生成セルの実施態様を示す分解図である。
【図１ｇ】図１ｇは、図１ｄのオゾン生成セルの実施態様の出口エンクロージャの外側を示す図である。
【図１ｈ】図１ｈは、図１ｄのオゾン生成セルの実施態様の出口エンクロージャの内側を示す図である。
【図２】図２は、オゾン生成セル内部のガス流を示す図である。
【図３ａ】図３ａ〜ｃは、ステンレス鋼電極上に誘電体被膜を形成するために、前駆体層を設けるスクリーン印刷プロセスの１実施態様を示す図である。
【図３ｂ】図３ａ〜ｃは、ステンレス鋼電極上に誘電体被膜を形成するために、前駆体層を設けるスクリーン印刷プロセスの１実施態様を示す図である。
【図３ｃ】図３ａ〜ｃは、ステンレス鋼電極上に誘電体被膜を形成するために、前駆体層を設けるスクリーン印刷プロセスの１実施態様を示す図である。
【図４ａ】図４ａは、酸素供給物から、オゾン発生器に由来する出口ガス中に所定の濃度のオゾンを生成するために必要となる電力量を示す図である。
【図４ｂ】図４ｂは、乾燥空気供給物から、オゾン発生器に由来する出口ガス中に所定の濃度のオゾンを生成するために必要となる電力量を示す図である。
【図５ａ】図５ａ〜ｂは、投入ガスが酸素である場合のオゾン生成に対する酸素流量の効果を示す図である。
【図５ｂ】図５ａ〜ｂは、投入ガスが酸素である場合のオゾン生成に対する酸素流量の効果を示す図である。
【図６ａ】図６ａ〜ｂは、投入ガスが乾燥空気である場合のオゾン生成に対する空気流量の効果を示す図である。
【図６ｂ】図６ａ〜ｂは、投入ガスが乾燥空気である場合のオゾン生成に対する空気流量の効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
当業者の誰もが本発明を利用することができるように、本発明の全ての章とともに、下記の説明が提供される。下記の説明は、発明者によって考えられる、本発明を実施する最良の形態を示している。しかしながら、本発明の全体的な原理は、具体的には平板型誘電体バリア放電（ＤＢＤ（dielectric barrier discharge））プラズマ反応器においてオゾンを効率的に生成する手段及び方法を提供するように定義されているため、種々の変更形が当業者になおも明らかになる。
【００４１】
「施設（facility）」という用語は以後、単一の源から水を供給される建造物の一部、建造物、又は制限された数の建造物を意味する。典型的には、源は地方自治体の給水システムに接続された管である。施設の非制限的例は、家屋、事業所、学校、及び共同住宅を含む。
【００４２】
「約（about）」という用語は以後、名目値のプラス又はマイナス２５％の範囲を意味する。ある値範囲が与えられる場合、その範囲の極限は従って（範囲の最小値の７５％）から（範囲の最大値の１２５％）である。
【００４３】
本発明は、改善された平板型誘電体バリア放電（ＤＢＤ）プラズマ反応器である。
【００４４】
オゾンを生成するための改善された平板ＤＢＤセルは、ほぼ収束性の半径方向ガス流を有している。プラズマギャップを通る正味のガス流方向は、セルの外縁部から内方へ、セルのほぼ中心部の出口ポートに向かう。このことは、周辺部の寄生アーク放電を排除し、周辺部のシールの寿命を大幅に長くし、そして均質なガス流を提供し、これによりオゾン産出量を増大させる。
【００４５】
従来技術の平板ＤＢＤセルは、セルの外側でアーク放電しやすい。アーク放電は、周囲湿度が上昇するのに伴ってより生じやすくなる。セルの外側のアーク放電は、セルの外側でオゾンを生成する。このことは全く望ましくない。なぜならば、このオゾンは最終的に電子機器キャビネット内部及び周囲空気中に行き着くからである。
【００４６】
本発明の改善された平板ＤＢＤセルの場合、電気的経路が長いことに基づき、また電極のエンクロージャによって、そして電極を給電回路に接続するために線材を使用するのを不要にする構成によって分離がもたらされることに基づき、外部のアーク放電が排除される。いくつかの実施態様では、電極はＰＣＢ上で組み立てられ、電極を給電部に接続するラインがＰＣＢ内部にあり、周囲環境から分離されるので、外部のアーク放電は発生し得ない。他の実施態様では、電極は、電極自体内部のコネクタによって給電部に接続され、やはり線材をなくして外部のアーク放電を防止する。
【００４７】
セルの構成は、両電極が高い電圧で動作させられるのを可能にするので、一方の電極が本質的に接地されるとともに他方の電極に全電圧が印加される代わりに、それぞれの電極は、電極間の総電圧差のほぼ半分の、地面からの電圧差を有しており、地面に対する有効電圧差を半分だけ低減し、そしてデバイスの安全性を高める。
【００４８】
大抵の従来技術のオゾンセル構造は、１つの電極が接地電位にあることを必要とする。本発明は、永久接地電極を有しておらず、「浮動接地（floating ground）」を有しており、一方の電極が接地され且つ他方の電極が１．８ＫＶである状態で動作するか、又は好ましくは両電極が０．９ＫＶ（互いにほぼ１８０°の位相ずれがある）である状態で動作することができるように構成されている。高電圧で両電極を動作させると、セルのいずれの部分においても地面に対する電圧差は事実上半分になる。このことは全ての外面の充分な半径とともに、セルの外側におけるコロナ、アーク放電、及びオゾンの形成の問題をなくする。
【００４９】
このことは電極の耐用寿命を大幅に長くする。なぜならば従来技術のオゾン発生器、すなわち一方の電極が常に接地電位であり、ほとんど応力に晒されないのに対して、他方の電極が電気的及び機械的な両応力を被り、ひいては接地電極よりも速く破壊されるオゾン発生器とは異なり、両電極の電気的及び機械的な応力が等しいからである。
【００５０】
このことは、安全性を大幅に高め、取り付け及び天候保護をさほど重大なものではなくし、またＵＬ及び他の安全性承認をさほど難しくなくする。そしてこのことは、より低廉でより一般に入手可能な高電圧変圧器、例えば中点接地タイプのネオントランスの使用を可能にする。本発明のプラズマセルは、特別な始動回路を必要とすることなしに、あらゆる温度で容易に点火する。
【００５１】
コロナ放電を駆動するのに必要な高い電圧は、低いＤＣ電圧を高い交流電流電圧へ変えることができる変圧器を含む給電部によって生成される。従来のオゾン発生器の場合、電圧は通常５〜２５キロボルトである。オゾン発生器が動作する電圧を最小化することが極めて重要である。それというのも電圧の最小化は、より長い寿命のために全ての構成部分に対する高電圧応力を最小化するだけでなく、より安全であり、アーク放電及び外部コロナを最小化し、そして変圧器のコストをも下げる。固定された電圧では、生成されるオゾンの量は、周波数上限に達するまで、連続波交流電流周波数又はパルス繰り返し率に対しておおよそ比例する。効率的なオゾン生成のための実際の上限は通常６００〜２５００Ｈｚであり、そしてコロナセルのジオメトリ、使用される誘電体の特性、及び冷却効率に依存する。
【００５２】
本発明において、コロナは約１８００ボルトの比較的低い電圧、そして８ｋＨｚのオーダーの比較的高い周波数で動作させられる。このような周波数において、コロナは安定且つ均質であり、平均出力電力ひいては生成されるオゾンの量は、電圧ではなく周波数（約７ｋＨｚ〜約３０ｋＨｚ）を調節することによって制御される。
【００５３】
このような高周波数低温プラズマオゾン発生器は、これを動作させるのに必要とされる変圧器及びコロナセルがより小さいので、極めてコンパクトな構成を提供する。コロナが１秒当たり発生する回数が最大８，０００回であるのに伴い、大きい空隙及び高い電圧は必要ない。
【００５４】
この高周波数低温プラズマオゾン発生器は、エネルギー効率が極めて良好であり、サイズがコンパクトであり、極めてフレキシブルなプラットフォームが冗長性のために複数のセルを使用するか、又は他の形態変更を用いるのを可能にする。
【００５５】
典型的には、オゾン発生器のためのコロナセルの構成パラメータの妥協点は、放電ギャップの幅（電極面間の距離）と、電極間の適切な電圧勾配を達成するのに必要な電圧とを含む。一般に、放電ギャップが広ければ広いほど、電圧は高くなければならず、この高い電圧を維持するのに必要な電流も大きくなる。オゾン発生器内の電圧が高いことは問題をはらむおそれがあり、オゾン発生器に提供される顕著な電力量が熱として散逸されることになる。このことは、形成されたオゾンのいくらか又は全てを破壊するおそれがある。従って、オゾン形成反応から最適なオゾン正味収量を得るために、電極間のギャップを狭くし、これにより、反応のための所要電位に達するために必要な電圧を低くすることが有利である。もちろん、電圧を低くすればするほど、低い電流を採用することができ、こうして散逸して熱になる電力は少なくなる。放電ギャップがより狭いことの究極的な効果は、オゾン発生器がより効率的になることであり、システムからより多くのオゾンを得ることができる。それというのも、オゾン形成反応を達成するために、より低い電圧、ひいてはより低い電流を利用することにより、発生する熱散逸が少なくなり、またオゾン形成反応を通して生成されるオゾンのうち、形成後に熱によって破壊されるものも少なくなるからである。
【００５６】
電極を冷却するために空気又は水を必要とする従来のオゾン発生器とは異なり、本発明はいかなる種類の電極冷却も必要としない。それというのも、電圧が低く（１７００〜１８００Ｖ）であり、ギャップが極めて狭い（２００〜４００ミクロン）ので、熱として散逸される電力量が、通常の動作条件下で電極が著しく加熱しないほど充分に少ないからである。
【００５７】
本発明は極めて高効率の低温プラズマオゾン発生器であり、供給ガスとして乾燥空気が使用されるときには約９０グラムのＯ３／ｋＷｈ、そして供給ガスとして酸素が使用されるときには約２６７グラムのＯ３／ｋＷｈという極めて高いオゾン収量を伴う。
【００５８】
低温プラズマオゾン発生器は、乾燥空気の供給ガス、酸素の供給ガス、及びこれらの任意の組み合わせで動作することができる。
【００５９】
本発明において、両電極はセラミック無孔質誘電材料で被覆されている。
【００６０】
誘電体層は、所望の制御された無声放電が、高電流に基づき電極を損傷又は破壊することになるグロー放電又はアーク放電に変化するのを防止する。従って、本発明の電極は寿命が極めて長い。加えて、電極の表面全体にわたって均一に分配された無声放電を保証する結果、オゾンの最適な収量をもたらす。これはより効率の高いオゾン発生器に繋がる。
【００６１】
無孔質誘電体バリアを利用する放電は、より均一な合成オゾンであり、平滑面誘電体バリアを利用する放電よりも高いエネルギー効率を有する。
【００６２】
本発明の無孔質誘電放電が使用する電力は、同じレベルのオゾン収量を達成するために従来技術の粗面誘電放電によって送達される電力の３０％未満である。
【００６３】
図１ａは実施態様の斜視図である。この図は、電極のためのエンクロージャ（６）と、導電性パッド（４）を備えたＰＣＢ電極と、流入ガスポート（１０）及び流出ガス・オゾンポート（２０）を形成する９０度の２つの耐オゾン性フィッティングと、電極エンクロージャ（６）、ＰＣＢ電極（４）、及びＰＣＢスペーサ（１１）を主要高電圧交流電流給電ＰＣＢ（３）に締め付けるねじ（９）とを示している。無孔質セラミック誘電体被膜を備えた導電性電極、及びシーリング構成部分はこの図では見ることができない。
【００６４】
図１ｂは、図１ａの実施態様を示す側方断面図である。
【００６５】
電極（１，２）はセラミック誘電材料で被覆されたステンレス鋼の板であることが好ましく、これらはサイズ及び形状が同じであり、且つ同じ無孔質セラミック誘電体被膜を有することが好ましい。これらの電極はほぼ円形、楕円形、又は長円形であってよく、寄生コロナ及びアーク放電を招き得る非線形高電圧場効果を低減するように全ての導電性縁部が丸みを付けられている限り、丸みを帯びた方形、及びこれらの任意の組み合わせを形成することもできる。
【００６６】
入側電極（１）は周辺部に複数の孔を有しているので、入口フィッティング（１０）から来たガスは下方へ向かって、そして外方へ向かって入側電極の周辺部に流れ、周辺部の孔を通過し、次いで半径方向内側に向かってギャップの周辺部からその中心部へ流れる。
【００６７】
出側電極（２）は少なくとも１つの孔、好ましくは単一の孔を中心部に有しているので、ガスは出側電極から流出ガスポート（２０）へ直接に流れる。
【００６８】
ＰＣＢスペーサ（１１）の構成は、入側電極と出側電極（１，２）との間に正確な間隔と正確な平行性を提供し、その結果、入側電極（１）及び出側電極（２）の面のほぼ平らな中心部分の間に正確且つ均一なプラズマギャップをもたらす。
【００６９】
プラズマギャップの厚さは、無孔質セラミック誘電体被膜の厚さ、主要ＰＣＢ（３）、ＰＣＢスペーサ（１１）、ＰＣＢ電極（４）の厚さ、並びに入側電極及び出側電極（１，２）のジオメトリに依存する。好ましい実施態様では、ギャップは約０．３ｍｍである。ギャップは約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍであってよい。
【００７０】
セルはシールされているので、ガスはセルから漏れることはできない。電極はエンクロージャＯリング（５）によって外部でシールされている。Ｏリング（５）は、主要ＰＣＢ（３）及びＰＣＢ電極（４）と一緒に周辺部シールを形成する。好ましくは、Ｏリング（５）は非導電性の耐オゾン性材料、例えばシリコーン、ＰＶＤＦ、又はＰＴＦＥから形成されており、これに対してプラズマギャップは、テフロンＯリング（８）によってシールされている。テフロンＯリング（８）はギャップをシールし、そしてオゾンが漏れてＰＣＢを損傷するのを防止する。別の重要なシールは電極Ｏリング（７）である。電極Ｏリング（７）は、オゾンがセルから逃れ、電極エンクロージャ（６）及びＰＣＢのような他の構成部分を損傷するのを防止する。
【００７１】
このようなシーリング技術は、供給ガス及びオゾンの両方の漏れを防止する確実な気密シールを提供する。従って、この構成は、電極エンクロージャ（６）、ＰＣＢスペーサ（１１）、及びＰＣＢ電極（４）のために低廉な非耐オゾン性材料を使用するのを可能にする。このことはまた、主要高電圧交流電流給電ＰＣＢ（３）上に低温プラズマ反応器を組み立てるという選択肢を可能にする。
【００７２】
図１ｃは、図１ａの低温プラズマオゾン発生器を示す分解斜視図である。この図は、この電極の組み立て及びメンテナンスが極めてシンプルであることを示している。これらの構成部分は、それぞれの側から３つのねじ（１１）によって組み立て位置に保持されるので好ましい。
【００７３】
従来技術のオゾン発生器とは異なり、セルは高電圧交流電流給電ＰＣＢ（３）とは別個の部分ではなく、その一体部分である。このことは、高い電圧を電極に提供するラインが、外部線材接続ではなく、主要ＰＣＢ（３）内部の内部接続であるのを可能にする。このことはオゾン発生器の安全性を高め、安全性の承認（例えばＵＬ承認）をさほど難しくないものにし、そして組み立て時間及び組み立てコストの両方を低減する。
【００７４】
図１ｄ〜ｈは、本発明の低温プラズマオゾン発生器の別の実施態様を示す。部材の番号は図１ａ〜ｃの実施態様と図１ｄ〜ｈの実施態様との間で異なる。
【００７５】
図１ｄは実施態様の斜視図である。この図は、電極（３，２、図示せず）のためのエンクロージャ（４，５）と、流入ガスポート（８）及び流出ガス・オゾンポート（１８）を形成する９０度の２つの耐オゾン性フィッティングと、電極エンクロージャ（４，５）とＰＣＢスペーサ（１）とを一緒に締め付けるねじ（１０）とを示している。また、電極とＰＣＢとの良好な接触を保証するばね機構（２５）も示されている。
【００７６】
図１ｅは、図１ｄの実施態様を示す側方断面図である。
【００７７】
入側電極（２）及び出側電極（３）はセラミック誘電材料で被覆されたステンレス鋼の板であることが好ましく、これらはサイズ及び形状が同じであり、且つ同じ厚さの同じタイプの無孔質セラミック誘電体被膜を有することが好ましい。これらの電極はほぼ円形、楕円形、又は長円形であってよく、寄生コロナ及びアーク放電を招き得る非線形高電圧場効果を低減するように全ての導電性縁部が丸みを付けられている限り、丸みを帯びた方形、及びこれらの任意の組み合わせを形成することもできる。
【００７８】
あまり好ましくない実施態様では、以下のもののうちの少なくとも１つが該当し得る。すなわち、入側電極及び出側電極のうちの一方が無孔質セラミック誘電体被膜を欠いており、入側電極及び出側電極は、無孔質セラミック誘電体被膜の異なる厚さを有しており、そして入側電極及び出側電極は、異なるタイプの無孔質セラミック誘電体被膜を有している。
【００７９】
電極スペーサ（１）の構成は、入側電極と出側電極（２，３）との間に正確な間隔と正確な平行性を提供し、その結果、入側電極（２）及び出側電極（３）の面のほぼ平らな中心部分の間に正確且つ均一なプラズマギャップをもたらす。
【００８０】
プラズマギャップの厚さは、入側電極及び出側電極の互いに向いた側に位置することにより各無孔質セラミック誘電体被膜の表面がギャップの１つの面を形成する無孔質セラミック誘電体被膜の厚さ、電極スペーサ（１）の厚さ、及び入側電極及び出側電極（２，３）のジオメトリに依存する。好ましい実施態様では、ギャップは約０．３ｍｍである。ギャップは約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍであってよい。
【００８１】
セルはシールされているので、ガスはセルから漏れることはできない。電極はエンクロージャＯリング（７）によって外部でシールされている。Ｏリング（７）は、エンクロージャ（４，５）、電極スペーサ（１）、及び入側電極（２）及び出側電極（３）と一緒に周辺部シールを形成する。Ｏリング（７）は非導電性の耐オゾン性材料、例えばシリコーン、ＰＶＤＦ、又はＰＴＦＥから形成されているのが好ましく、これに対して、オゾンがセルから逃れて他の構成部分を損傷することを防止する出側電極Ｏリング（６）は、非導電性の耐オゾン性材料、例えばシリコーン、ＰＶＤＦ、又はＰＴＦＥから形成されていてよく、又は、テフロンから形成されていてもよい。
【００８２】
このようなシーリング技術は、供給ガス及びオゾンの両方の漏れを防止する確実な気密シールを提供する。従って、この構成は、電極エンクロージャのために低廉な非耐オゾン性材料を使用するのを可能にする。
【００８３】
この実施態様では、ＰＣＢ及び電極は別々に交換することができ、これにより、修理コストを低減する。
【００８４】
図１ｆは、図１ｄのオゾン生成セルの実施態様を示す分解図である。
【００８５】
流入ガスポート（８）が頂部に位置し、流入ガスポート（８）の下側にはねじ（１０）があり、そしてねじ（１０）と上側エンクロージャＯリング（７）との間に入口エンクロージャ（４）が位置している。上側エンクロージャＯリング（７）の下側には入側電極（２）がある。
【００８６】
入側電極（２）は周辺部に複数の孔（２１）を有しているので、入口フィッティング（８）から来たガスは下方へ向かって、そして外方へ向かって入側電極の周辺部に流れ、周辺部の孔を通過し、次いで半径方向内側に向かってギャップの周辺部からその中心部へ流れる。
【００８７】
入側電極（２）の下側にはスペーサ（１）が位置しており、そしてスペーサの下側には出側電極（３）がある。この実施態様では、出側電極（３）は中心部に単一の孔（３１）を有している。この孔を通って、ガスはギャップを去り、そして流出ガスポート（１８）に入ることができる。
【００８８】
出側電極（３）の下側には出側電極Ｏリング（６）があり、そしてその下側には、下側エンクロージャＯリング（７）、出口エンクロージャ（５）が位置している。出口エンクロージャ（５）は電圧コネクタを含むことにより、ＰＣＢ上の電圧接点と、入側電極（２）及び出側電極（３）との良好な電気的接続があることを保証するので、高い電圧はＰＣＢから電極（２，３）へ効率的に伝達される。
【００８９】
出口エンクロージャ（５）の下側には、流出ガスポート（１８）が位置している。
【００９０】
図１ｇ〜ｈは、出口エンクロージャ（５）の外側（図１ｇ）及び内側（図１ｈ）を示しており、出口エンクロージャ（５）の内側に形成された補強用リブ（５１）を示している。リブは出口エンクロージャ（５）を剛化し且つ軽量化する。
【００９１】
図２は、低温プラズマオゾン発生器セル内部のガス流を示す図である。典型的には大気であるが、しかし酸素で富化された空気又は純粋空気であってもよいガス供給物が流入ガスポート（９）を通って入り、そして入側電極（１）の上面の中心へと通過する。流れは次いで入側電極（１）の上面を半径方向に横切り、入側電極（１）の周辺部へと通過し（黒い矢印によって表される）、そして入側電極（１）の周辺部に形成された孔を通ってプラズマギャップに入る。
【００９２】
ガスは次いで半径方向内側に向かって（白い矢印）、入側電極（１）及び出側電極（２）の周辺部から中心部へ流れる。ガスは次いで出側電極（２）の中心部に設けられた単一の孔を介してプラズマギャップから出て、そして対応するオゾン出口フィッティング（１０）を通って低温プラズマオゾン発生器を出る。
【００９３】
電極（１，２）は、交流電流給電部（３）によって供給される高い電圧で保持される。電極を横切る電圧は均一であり、電極間の間隔も均一であるので、プラズマギャップ内には均一なプラズマが存在することになる。空気がプラズマギャップを通過するのに伴って、これは反復するマイクロ放電を被る。このマイクロ放電は、空気中の酸素分子のいくらかをオゾン分子に変換する。従って、低温プラズマオゾン発生器から流出した空気はオゾンで富化されていることになる。
【００９４】
半径方向流は、空気が電極（１，２）間のプラズマギャップ内の領域のほぼ全てと接触すること、そして空気が、出口ガス中のオゾン量を最大化するように充分な時間を電極間で費やすことを保証する。
【００９５】
このことはオゾン収量が高く且つ安定した、極めて信頼性の高い効率的な低温プラズマオゾン発生器をもたらす。典型的には、収量は、供給ガスとして乾燥空気が使用されるときには９０グラムのＯ３／ｋＷｈ、そして供給ガスとして酸素が使用されるときには約２６７グラムのＯ３／ｋＷｈである。
【００９６】
電極上の無孔質セラミック誘電体被膜
本発明のシステムのいくつかの実施態様では、電極上の無孔質セラミック誘電体被膜は、多層厚膜被膜である。この無孔質セラミック誘電体被膜は、図３ａ〜ｃに示されているようにスクリーン印刷技術を用いて製造することができる。図３ａは、１つの層をレイダウンするプロセスの開始を示している。図３ｂは層を設けるプロセスの中間段階を示しており、そして図３ｃは層を設けるプロセスの終わりを示している。この実施態様では、電極（１２０）は支持体（１１０）によってしっかりと保持されているので、処理中にスリップすることはない。電極（１１０）の上方には所定の距離を置いて、メッシュスクリーン（１６０）がフレーム（１３０）によって保持されている。この距離は、スクイージー（１４０）から生じる押圧力によって、メッシュスクリーン（１６０）を電極（１２０）と接触させ得るのに充分に小さい。スクリーンの上側には、誘電体の前駆体がペースト（１５０）の形態で位置している。スクリーン（１６０）の下側では、エマルジョン層（１７０）がスクリーン（１６０）に付着している。エマルジョン層（１７０）の孔（１７５）は、ペースト（１５０）がエマルジョン（１７０）を貫通し、電極（１２０）と接触するのを可能にする。
【００９７】
プロセス開始時には、ペースト誘電体前駆体（１５０）はメッシュスクリーン（１６０）の上側に層を形成する。
【００９８】
電極（１２０）上に画像を形成するために、スクイージー（１４０）をメッシュスクリーン（１６０）上へ押し下げ、スクイージー（１４０）の真下に位置するエマルジョン（１７０）の部分を電極（１２０）と接触させる。図３ｂに示されているように、スクイージー（１４０）を電極（１２０）の上面を横切るように動かし、ペースト（１５０）をエマルジョン（１７０）の孔（１７５）に押し通し、そして電極（１２０）上に押し付ける。スクイージー（１４０）はまた、ペースト（１５０）をその前方へ押し進める。
【００９９】
層を設けるプロセスの終了時には（図３ｃ）、スクイージー（１４０）は電極（１２０）全体を横断しており、そしてエマルジョン（１７０）の孔（１７５）全てにペースト（１５０）を押し通している。ストッパ（１８０）がペーストの不要な損失を防止する。ペーストは別の電極又は別の層のために再使用することができる。メッシュスクリーン（１６０）は今や取り外すことができ、ペースト前駆体（１５０）を無孔質セラミック誘電体被膜に加工することができる。
【０１００】
次いで、誘電体前駆体層を硬化させ、これを無孔質セラミック誘電体被膜に変える。硬化プロセスにおいて、ペーストで被覆された電極を数分間（＜１０分間）にわたって約１５０℃の乾燥炉内に置くことにより、ペーストを乾燥させ、溶剤及び接着促進剤のようなエレメントを蒸発させる。次いで、電極を炉内に入れて所定の速度で約９００℃まで加熱する。炉の温度を約９００℃で約１５分間にわたって保持し、その後、電極を所定の速度で冷却する。
【０１０１】
本発明の被膜付き電極の典型的な実施態様において、前駆体層をスクリーン印刷し、乾燥炉内で乾燥させ、次いで約９００℃まで加熱する上記プロセスを３〜５回繰り返す。毎回、厚さが約２０μｍ〜約２５μｍのセラミック誘電体層を製造するので、無孔質セラミック誘電体被膜の総厚は約７５μｍ〜約１２５μｍである。こうして、無孔質セラミック誘電体被膜を亀裂なしに製造することができる。
【０１０２】
このプロセスにおいて、高温燃焼プロセスによって、無孔質セラミック誘電体被膜の第１の層は、ステンレス鋼電極の表面内へ数μｍ通過することになり、これにより、無孔質セラミック誘電体被膜の電極に対する接着状態を改善する。
【０１０３】
好ましい実施態様では、無孔質セラミック誘電体被膜材料は、電極のステンレス鋼とほぼ同じ膨張係数を有しているので、無孔質セラミック誘電体被膜は、使用時の電極の加熱又は冷却中に亀裂又は破砕を生じさせることはない。
【０１０４】
一般に、上記プロセスは完全に均質な無孔質セラミック誘電体被膜も、完全に均一な厚さを有する無孔質セラミック誘電体被膜も製造することはない。しかしながら、その均一性は、エアポケットの形成を防止するには充分なものになり、無孔質セラミック誘電体被膜は、電極の信頼性及び寿命を低減するおそれのあるアーク放電又は絶縁破壊を防止するのに充分に平らになり且つ充分に均質になる。
【０１０５】
例１
図４ａ〜ｂは、低温プラズマオゾン発生器に由来する出口ガス中に所定の濃度のオゾンを生成するために必要となる電力量を示す図である。図４ａは投入ガス（供給ガス）が酸素である場合の収量を示しているのに対して、図４ｂは投入ガス（供給ガス）が乾燥空気である場合の収量を示している。酸素投入ガス及び乾燥空気入力ガスの両方に関して、出口ガス中のオゾンの濃度が高まるのに伴って収量が減少する。換言すれば、所定の濃度のオゾンを生成するために必要となる電力量はオゾンの量よりも速く増大する。従って、本発明の低温プラズマオゾン発生器の場合、低温プラズマオゾン発生器の所要電力を最小化するために、出口ガス中で若干低い濃度のオゾンを生成することが好ましい。
【０１０６】
例２
図５ａ〜ｂは、投入ガスが酸素である場合のオゾン生成に対する酸素流量の効果を示す図である。投入ガスを生成するためにAir Sep Onyx Plus Oxygen Concentratorを使用して２５℃で試験を実施した。産出物中のオゾンをOzone Analyzer BMT 964を使用して測定した。低温プラズマオゾン発生器を通る酸素流量が増大するのに伴って、生成されるオゾン量も増大した（図５ａ）が、しかし、出口ガス中のオゾンの濃度は減少した（図５ｂ）。それというのも、生成されるオゾンの量は流量よりもゆっくりと増大したからである。
【０１０７】
例３
図６ａ〜ｂは、投入ガスが乾燥空気である場合のオゾン生成に対する空気流量の効果を示す図である。投入ガスから水を除去するためにシリカゲル空気乾燥機を使用して、試験を２５℃で実施した。産出物中のオゾンをOzone Analyzer BMT 964を使用して測定した。低温プラズマオゾン発生器を通る空気流量が増大するのに伴って、生成されるオゾン量も増大した（図６ａ）が、しかし、出口ガス中のオゾンの濃度は減少した（図６ｂ）。それというのも、生成されるオゾンの量は流量よりもゆっくりと増大したからである。
【０１０８】
酸素投入ガス及び空気投入ガスの両方に関して、オゾン濃度は流量と一緒にほぼ線形に変化した。しかしながら、オゾン産出量は空気投入の場合には流量と一緒にほぼ線形に増大するものの、酸素投入ガスの場合には流量と一緒に劣線形（sub-linearly）に増大したにすぎない。
【０１０９】
前記説明において、好ましい実施態様を含む本発明の実施態様が、例示及び説明を目的として提示された。これらの実施態様は網羅的であるように意図されるものではなく、或いは開示されたものと全く同一の形に本発明を制限するように意図されるものでもない。上記教示内容に照らして、明らかな改変形又は変更形が可能である。実施態様は、本発明の原理及びその実際の適用を最良に例示するために、そして当業者が種々の実施態様において、また考えられる特定の用途に適した種々の改変形と一緒に本発明を活用するのを可能にするために、選択され記載された。全てのこのような改変形及び変更形は、これらが公正に、法的に、そして公平に権利を与えられる幅広さに基づいて解釈される場合、添付の請求項によって定められた本発明の範囲に含まれる。
【図１Ａ】
2018531211.tif 000003
【図１Ｂ】
2018531211.tif 000004
【図１Ｃ】
2018531211.tif 000005
【図１Ｄ】
2018531211.tif 000006
【図１Ｅ】
2018531211.tif 000007
【図１Ｆ】
2018531211.tif 000008
【図１Ｇ】
2018531211.tif 000009
【図１Ｈ】
2018531211.tif 000010
【図２】
2018531211.tif 000011
【図３Ａ】
2018531211.tif 000012
【図３Ｂ】
2018531211.tif 000013
【図３Ｃ】
2018531211.tif 000014
【図４ａ】
2018531211.tif 000015
【図４ｂ】
2018531211.tif 000016
【図５ａ】
2018531211.tif 000017
【図５ｂ】
2018531211.tif 000018
【図６ａ】
2018531211.tif 000019
【図６ｂ】
2018531211.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月25日(2018.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
前記説明において、好ましい実施態様を含む本発明の実施態様が、例示及び説明を目的として提示された。これらの実施態様は網羅的であるように意図されるものではなく、或いは開示されたものと全く同一の形に本発明を制限するように意図されるものでもない。上記教示内容に照らして、明らかな改変形又は変更形が可能である。実施態様は、本発明の原理及びその実際の適用を最良に例示するために、そして当業者が種々の実施態様において、また考えられる特定の用途に適した種々の改変形と一緒に本発明を活用するのを可能にするために、選択され記載された。全てのこのような改変形及び変更形は、これらが公正に、法的に、そして公平に権利を与えられる幅広さに基づいて解釈される場合、添付の請求項によって定められた本発明の範囲に含まれる。
以下、本願発明に関連する発明の実施形態について例示する。
［実施形態１］
ガス中の酸素からオゾンを生成するための低温プラズマオゾン発生器であって、前記低温プラズマオゾン発生器が、
流入ガスポートと、
少なくとも１つの入側電極であって、当該入側電極が、当該入側電極の実質的に周辺部に複数の孔を有しており、前記複数の周辺部の孔が前記流入ガスポートと流体連通しており、前記複数の周辺部の孔が、前記乾燥ガスが前記周辺部の孔を通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つの入側電極と、
少なくとも１つの出側電極であって、当該出側電極が、当該出側電極の中心部に少なくとも１つの孔を有しており、前記少なくとも１つの孔が、ガスが前記孔を通過するのを可能にするように形成されており、前記入側電極と前記出側電極とが、前記入側電極と前記出側電極との間に高電圧交流電流を維持するように形成されている、少なくとも１つの出側電極と、
前記入側電極と前記出側電極との間の少なくとも１つのスペーサであって、当該スペーサが、前記入側電極と前記出側電極との間に一定幅のギャップを維持するように形成されており、前記一定幅のギャップが、前記入側電極内の前記複数の周辺部の孔から前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔へ前記ガスが通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つのスペーサと、
前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔と流体連通する流出ポートと
を備え、
前記低温プラズマオゾン発生器が外部冷却を必要としない、
低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態２］
前記ギャップの厚さが約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍの範囲内である、実施形態１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態３］
前記ギャップの厚さが約０．３ｍｍである、実施形態１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態４］
前記複数の周辺部の孔から前記少なくとも１つの中心部の孔へと半径方向内側に向かう前記ガスの通路が、前記ガス中のオゾンの量を最大化するように、前記ガスが前記電極（１，２）の間の前記ギャップ内の実質的に全ての領域と接触することを提供するように形成されている、実施形態１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態５］
前記高電圧交流電流が約１８００ボルトである、実施形態１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態６］
前記高電圧交流電流の周波数が約７ｋＨｚ〜約３０ｋＨｚである、実施形態１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態７］
前記高電圧交流電流の周波数が約８ｋＨｚである、実施形態１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態８］
生成されるオゾンの量が、前記高電圧交流電流の周波数を調節することにより制御可能である、実施形態１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態９］
無孔質セラミック誘電材料の被膜が電極に結合されており、前記電極が、前記少なくとも１つの入側電極、前記少なくとも１つの出側電極、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択される、実施形態１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態１０］
前記無孔質セラミック誘電体被膜が、前記電極の、前記ギャップに向いた側に位置する、実施形態９に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態１１］
前記無孔質セラミック誘電体被膜の厚さが全体で約７５〜約１２５μｍである、実施形態９に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態１２］
前記無孔質セラミック誘電体被膜は、スクリーン印刷技術と、これに続いて炉内で硬化させることによって生産することができるものである、実施形態９に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態１３］
前記ガスが、酸素、空気、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択される、実施形態１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態１４］
前記空気が乾燥空気である、実施形態１３に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態１５］
前記流入ガスポートが、通過するガスを乾燥させるように形成された空気乾燥機、酸素濃縮器、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択されるガス供給器と流体連通している、実施形態１３に記載の低温プラズマオゾン発生器。
［実施形態１６］
ガス中の酸素からオゾンを生成する方法であって、
流入ガスポートと、
少なくとも１つの入側電極であって、当該入側電極が、当該入側電極の実質的に周辺部に複数の孔を有しており、前記複数の周辺部の孔が前記流入ガスポートと流体連通しており、前記複数の周辺部の孔が、前記乾燥ガスが前記周辺部の孔を通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つの入側電極と、
少なくとも１つの出側電極であって、当該出側電極が、当該出側電極の中心部に少なくとも１つの孔を有しており、前記少なくとも１つの孔が、ガスが前記孔を通過するのを可能にするように形成されており、前記入側電極と前記出側電極とが、前記入側電極と前記出側電極との間に高電圧交流電流を維持するように形成されている、少なくとも１つの出側電極と、
前記入側電極と前記出側電極との間の少なくとも１つのスペーサであって、当該スペーサが、前記入側電極と前記出側電極との間に一定幅のギャップを維持するように形成されており、前記一定幅のギャップが、前記入側電極内の前記複数の周辺部の孔から前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔へと前記ガスが通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つのスペーサと、
前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔と流体連通する流出ポートと、
を含む低温プラズマオゾン発生器を用意する工程と、
前記流入ガスポートを供給ガス源に接続する工程と、
前記高電圧交流電流を、前記入側電極、前記出側電極、及びこれらの任意の組み合わせから成る群の構成要素に提供する工程と、
供給ガスを、前記流入ガスポートを通し、前記複数の周辺部の孔を通し、前記ギャップ内を半径方向内側に向かって、前記出側電極の前記中心部の前記少なくとも１つの孔を通し、そして前記流出ガスポートを通して流し、これにより前記供給ガス中の酸素からオゾンを生成する工程と
を含み、
前記低温プラズマオゾン発生器が外部冷却を必要としないものである、
ガス中の酸素からオゾンを生成する方法。
［実施形態１７］
さらに、前記ギャップの厚さを約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍの範囲内となるように選択する工程を含む、実施形態１６に記載の方法。
［実施形態１８］
さらに、前記ギャップの厚さを約０．３ｍｍとなるように選択する工程を含む、実施形態１６に記載の方法。
［実施形態１９］
さらに、前記複数の周辺部の孔から前記少なくとも１つの中心部の孔へ前記ガスを半径方向内側に向って流し、これにより、前記ガスが前記電極（１，２）の間の前記ギャップ内の実質的に全ての領域と接触することを提供することによって、前記ガス中のオゾンの量を最大化する工程を含む、実施形態１６に記載の方法。
［実施形態２０］
さらに、前記高電圧交流電流を約１８００ボルトとなるように選択する工程を含む、実施形態１６に記載の方法。
［実施形態２１］
さらに、前記高電圧交流電流の前記周波数を約７ｋＨｚ〜約３０ｋＨｚとなるように選択する工程を含む、実施形態１６に記載の方法。
［実施形態２２］
さらに、前記高電圧交流電流の前記周波数を約８ｋＨｚとなるように選択する工程を含む、実施形態１６に記載の方法。
［実施形態２３］
さらに、生成されるオゾンの量を、前記高電圧交流電流の周波数を調節することにより制御する工程を含む、実施形態１６に記載の方法。
［実施形態２４］
さらに、無孔質セラミック誘電材料の被膜を電極に結合する工程と、前記電極を、前記少なくとも１つの入側電極、前記少なくとも１つの出側電極、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択する工程とを含む、実施形態１６に記載の方法。
［実施形態２５］
さらに、前記無孔質セラミック誘電体被膜を、前記電極の、前記ギャップに向いた側に結合する工程を含む、実施形態２４に記載の方法。
［実施形態２６］
さらに、厚さが約１００〜約１２５μｍである前記無孔質セラミック誘電体被膜を提供する工程を含む、実施形態２４に記載の方法。
［実施形態２７］
さらに、スクリーン印刷技術によって少なくとも１つの前駆体層を設ける工程と、そしてこれに続いて前記前駆体層を炉内で硬化させる工程とによって、前記無孔質セラミック誘電体被膜を生成させることを含む、実施形態２４に記載の方法。
［実施形態２８］
さらに、酸素、空気、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から前記ガスを選択する工程を含む、実施形態１６に記載の方法。
［実施形態２９］
さらに、前記空気を乾燥空気として提供する工程を含む、実施形態２８に記載の方法。
［実施形態３０］
さらに、通過するガスを乾燥させるように形成された空気乾燥機、酸素濃縮器、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択されたガス供給器によって、前記空気から水を除去する工程を含む、実施形態２８に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス中の酸素からオゾンを生成するための低温プラズマオゾン発生器であって、前記低温プラズマオゾン発生器が、
流入ガスポートと、
少なくとも１つの入側電極であって、当該入側電極が、当該入側電極の実質的に周辺部に複数の孔を有しており、前記複数の周辺部の孔が前記流入ガスポートと流体連通しており、前記複数の周辺部の孔が、ガスが前記周辺部の孔を通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つの入側電極と、
少なくとも１つの出側電極であって、当該出側電極が、当該出側電極の中心部に少なくとも１つの孔を有しており、前記少なくとも１つの孔が、ガスが前記孔を通過するのを可能にするように形成されており、前記入側電極と前記出側電極とが、前記入側電極と前記出側電極との間に高電圧交流電流を維持するように形成されている、少なくとも１つの出側電極と、
前記入側電極と前記出側電極との間の少なくとも１つのスペーサであって、当該スペーサが、前記入側電極と前記出側電極との間に一定幅のギャップを維持するように形成されており、前記一定幅のギャップが、前記入側電極内の前記複数の周辺部の孔から前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔へ前記ガスが通過するのを可能にするように形成されている、少なくとも１つのスペーサと、
前記出側電極内の前記少なくとも１つの孔と流体連通する流出ポートと
を備えている、低温プラズマオゾン発生器。
【請求項２】
前記ギャップの厚さが約０．１ｍｍ〜約０．５ｍｍの範囲内である、請求項１に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項３】
前記ギャップの厚さが約０．３ｍｍである、請求項２に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項４】
前記ガスが前記複数の周辺部の孔から前記少なくとも１つの中心部の孔へと半径方向内側に向って流れるようにされており、これにより前記ガスが前記電極の間の前記ギャップ内の実質的に全ての領域と接触できるようにようにして、前記ガスから製造されるオゾンの量を最大化するようにされている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項５】
前記高電圧交流電流が約１８００ボルトである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項６】
前記高電圧交流電流の周波数が約７ｋＨｚ〜約３０ｋＨｚである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項７】
前記高電圧交流電流の周波数が約８ｋＨｚである、請求項６に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項８】
生成されるオゾンの量が、前記高電圧交流電流の周波数を調節することにより制御可能である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項９】
無孔質セラミック誘電材料の被膜が、前記電極の少なくとも一つ又は前記電極の両方に結合されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１０】
前記無孔質セラミック誘電体被膜が、前記電極の、前記ギャップに向いた側に位置する、請求項９に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１１】
前記無孔質セラミック誘電体被膜の厚さが全体で約７５〜約１２５μｍである、請求項９に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１２】
前記無孔質セラミック誘電体被膜は、スクリーン印刷技術と、これに続いて炉内で硬化させることによって生産することができるものである、請求項９に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１３】
前記ガスが、酸素、空気、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１４】
前記空気が乾燥空気である、請求項１３に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１５】
前記流入ガスポートが、その中を乾燥ガスが通過するように形成された空気乾燥機、酸素濃縮器、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択されるガス供給器と流体連通している、請求項１３に記載の低温プラズマオゾン発生器。
【請求項１６】
ガス中の酸素からオゾンを生成する方法であって、
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の低温プラズマオゾン発生器を用意する工程と、
供給ガスを提供する工程と、
高電圧交流電流を、前記入側電極、前記出側電極、又はこれらの任意の組み合わせに提供する工程と、
前記供給ガスを、前記流入ガスポートを通し、前記複数の周辺部の孔を通し、前記ギャップ内を半径方向内側に向かって、前記出側電極の前記中心部の前記少なくとも１つの孔を通し、そして前記流出ガスポートを通して流し、これにより前記供給ガス中の酸素からオゾンを生成する工程と
を含む、ガス中の酸素からオゾンを生成する方法。
【請求項１７】
前記複数の周辺部の孔から前記少なくとも１つの中心部の孔へ前記ガスを半径方向内側に向って流し、これにより、前記ガスが前記電極の間の前記ギャップ内の実質的に全ての領域と接触することを提供することによって、前記ガスから製造されるオゾンの量を最大化することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記高電圧交流電流が約１８００ボルトまで印加される、請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記高電圧交流電流の周波数が約７ｋＨｚ〜約３０ｋＨｚである、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記高電圧交流電流の前記周波数が約８ｋＨｚである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
生成されるオゾンの量が、前記高電圧交流電流の周波数を調節することにより制御される、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記ガスが、酸素、空気、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択される、請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記ガスを乾燥空気として提供することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
通過するガスを乾燥させるように形成された空気乾燥機、酸素濃縮器、及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択されたガス供給器によって、前記空気から水を除去することを含む、請求項２３に記載の方法。
【国際調査報告】
2018531211.tif 000021