(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚の誘電体シートを挿入した空隙を介して対向して配置された一対の平面電極、前記平面電極間に高電圧を印加して放電を発生させるとともに前記空隙内に酸素を含むガスを供給して前記放電によりオゾンを発生するオゾン発生装置において、前記一対の平面電極のいずれかの前記空隙に面する側に設けられた第１の凹部と、前記第１の凹部内に着脱可能に挿入されるとともに前記電極表面から突出するスペーサと、前記スペーサの突出高さを０．５ｍｍ以下に調整するギャップ調整シートを有することを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
前記第１の凹部の内、少なくとも一つは前記電極の外周縁より外側に設けられていることを特徴とする請求項１記載のオゾン発生装置。
【請求項３】
前記誘電体シートが配置される電極がその配置される面に第２の凹部を有するとともに、前記誘電体シートが前記第２の凹部にはめ込まれる突起を有していることを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
前記誘電体シートはその突起とともに全体が１つの焼結体で製作されていることを特徴とする請求項３に記載のオゾン発生装置。
【請求項５】
前記空隙を構成する２つの電極のそれぞれに誘電体シートが配置され、これらの誘電体シートの少なくともいずれか一方は前記スペーサが挿入される穴を有することを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
【請求項６】
少なくとも１枚の誘電体シートを挿入した空隙を介して対向して配置された一対の平面電極、少なくとも一つの電極は内部に冷媒を通すための冷却路を有するとともに、前記冷却路を貫通して前記電極の表面と裏面間を結ぶ複数の補強材を有することを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
【請求項７】
前記電極は、アルミ、又は、ステンレス、又はチタンの鋳物で製作されていることを特徴とする請求項５に記載のオゾン発生装置。
【請求項８】
少なくとも１枚の誘電体シートを挿入した空隙を介して対向して配置された一対の平面電極、前記平面電極間に高電圧を印加して放電を発生させるとともに、前記空隙内に酸素を含むガスを供給して前記放電によりオゾンを発生するオゾン発生装置において、前記一対の平面電極のいずれかの前記空隙に面する側に設けられた第１の凹部と、前記第１の凹部内に挿入され前記電極表面から突出すると共にテーパを有するスペーサと、前記スペーサの突出高さを０．５ｍｍ以下に調整する調整ネジとを有す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】
この発明は、誘電体を挟んでその両端で放電する、いわゆる誘電体バリヤー放電に酸素ガスを供給してオゾンガスを発生するオゾン発生装置、更に詳しくは放電ギャップが０．５ｍｍ以下の短ギャップオゾン発生装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、オゾンを発生するための装置として、誘電体を挟んでその両側で放電するいわゆる誘電体バリヤー放電に酸素ガスを供給してオゾンガスを発生するものが知られている。
【０００３】
図１０、図１１は「オゾナイザハンドブック」（電気学会オゾナイザ専門委員会編、１９６０年コロナ社刊）２４９頁に示されたオットープレート型と呼ばれる従来のオゾン発生装置を示す断面図と正面図（半分）である。図において、１は高圧電圧を発生する放電用電源でその出力の片極は接地されている。２は接地された金属製の接地電極、３は接地電極２に対向して設けられ電源１の高電圧側に接続された高圧電極、４は接地電極２の表面と、高圧電極３の表面とに置かれた誘電体（この例ではガラス板）で、このガラス板４の電極２又は３と接する側には電気給電用の金属蒸着（図示していない）が施されている。誘電体４は一般に薄いものが使用されるので誘電体シートともいう。
【０００４】
５は両電極２又は３と誘電体４の間の放電空隙（ギャップともいう）、６は放電空隙５を形成し、両電極が接触するのを防止するためのスペーサである。７は酸素を含むガスの供給口、８はオゾン化されたガスの排出口、９は同排出管、２０はケーシングである。図１０、図１１の例は放電空隙５の両側に誘電体４が用いられている例である。なお、以下各図において同一又は相当部分には同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【０００５】
図１２、図１３は日本特開平８−１２３０４号公報に示されたギャップの小さい（例えば０．５ｍｍ以下）オゾン発生装置を示し、図１２は断面図、図１３は接地電極２と誘電体４の部分の正面図である。図において、２は電極と容器とを兼ねた円形の接地電極でその内部には冷却水を通すための冷却路２３が設けられている。矢印２１１は冷却水の流れを示している。４は円盤状のセラミック製の誘電体で、その上面には高電圧を給電する導電膜３１を形成してある。また下面には接地電極２との間に放射状の放電空隙５（図示省略）を形成するために放射状のスペーサ６１を設け、接地電極２に向かってスペーサ６１と誘電体４とを干渉用ばね１００２を介して高圧端子２２００を押し付けることで１つの放電セルを形成している。図１２、図１３のものは誘電体４が放電空隙５の片側にだけ設けられていること及び接地電極２が水冷構造である例として示したものである。
【０００６】
従来のオゾン発生装置においては、接地電極２、高圧電極３と誘電体４とを密接接合させるため誘電体４の片面に金属蒸着、金属メタライズその他の方法で導電膜の電極を形成している。また放電空隙５の間隔寸法は電極の大きさに比して極めて小さい（１ｍｍ以下）ので、そのギャップを正確に保つために一定の厚みのスペーサ６やスペーサ６１等を組み立て時に挟み込むようにして用いている。このようにして形成した放電空隙５の両電極間に高電圧を印加して放電させ、ここに酸素ガスを供給すると酸素の解離、酸素原子と酸素分子の三体衝突などによってオゾンが発生する。
【０００７】
この放電で取り出せるオゾン発生効率（一定の投入電力に対して発生するオゾンの量）を高めることが望まれているが、従来、最大で約２０％といわれており、放電電力の大部分はガス温度の上昇及び、接地電極２、高圧電極３で熱になってしまい、電極が熱せられる。ところがオゾン発生効率は放電ガス温度（電極温度の影響が大きい）に依存し、温度が低いほど効率が良いので、電極２、３を水などにより強制冷却を行うのである。
【０００８】
又、図１４は前述の日本特開平８−１２３０４号公報の図４に開示されている、横軸／放電空隙５のギャップの大きさｔと、縦軸／オゾン発生効率ηとの関係を供給する気体圧力を助変数として示すグラフであり、ギャップが小さいほど、それに応じて気体圧力を高めれば効率は向上できることが示されている。そこで、出来るだけギャップを小さくしたいということが望まれている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したように、従来のオゾン発生装置は、そのオゾン発生効率を高めるため放電空隙のギャップを更に小さくする必要がある。一方、電極の温度を低く保つため、電極の内部に水などで冷却するための冷却路２３を設けることも必要なのであるが、電極が空洞になると水圧によって電極表面がわずかに変形する。又水圧の変動によってこの変形量が変動する。ギャップが大きいときはこれらの変形や変形量の変動はあまり問題にはならなかったが、ギャップを小さくすればするほどこれらの影響が大きくなるので、例えばギャップを０．１ｍｍ程度にすることはたいへん難しかった。
【００１０】
しかも、前述したように、従来のオゾン発生装置では、厚み１ｍｍ程度の誘電体シート４を電極に密接に接合させ、且つ、放電空隙５を形成するためのスペーサ６や６１は、電極もしくは誘電体シート４の一部分にセラミックを溶射したりなどして誘電体シート４と一体構造になっており、ギャップを調整するのはこの溶射をやり直すとか、溶射した表面を削り取るなど極めて困難であった。
【００１１】
又、電極を積層して多段の放電空隙を形成したとき、各放電空隙のギャップの寸法がそろっておれば、そのギャップに適した圧力で酸素を含むガスを供給する事が出来、全体の効率向上になるが、ギャップにばらつきがあると最適圧力もバラバラになるので全体としての効率は下がることになる。
【００１２】
又、誘電体シート４は単にスペーサと電極の間に挟むか接着するだけなので、誘電体シート４の平面度や反りが大きければ、誘電体シート４と電極との密着不良によるオゾン発生性能の低下や、あるいは、接合作業時に誘電体シート４自身が割れるなどの問題があった。
【００１３】
以上のような問題のため、結果として、オゾン発生効率を高めることは難しかった。又、従来の誘電体シートは薄いため、平面度や反りの少ない精度のよいものを製作するには長時間の研磨が必要で、非常に高価になるという問題があった。
【００１４】
本発明は、より狭いギャップを容易に得、且つ、ギャップの寸法を均一に調整することを目的に、ギャップの調整が容易に行えるオゾン発生装置を得ることを目的とする。
【００１５】
上記に言う均一とは、一つの空隙内における寸法のばらつきを減らすということと、複数の放電セルを積層したときに各空隙間の寸法のばらつきを減らすということの両方の意味がある。
【００１６】
又、水圧や温度で変形し難い電極構造を得ることを目的とする。
又、変形が生じ難い誘電体シートを安価に得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明によるオゾン発生装置は、少なくとも１枚の誘電体シートを挿入した空隙を介して対向して配置された一対の平面電極、前記平面電極間に高電圧を印加して放電を発生させるとともに前記空隙内に酸素を含むガスを供給して前記放電によりオゾンを発生するオゾン発生装置において、前記一対の平面電極のいずれかの前記空隙に面する側に設けられた第１の凹部と、前記第１の凹部内に着脱可能に挿入されるとともに前記電極表面から突出するスペーサと、前記スペーサの突出高さを０．５ｍｍ以下に調整するギャップ調整シートとを有するものである。
【００１８】
第１の凹部に挿入されたスペーサの厚みは空隙の厚み寸法よりも大きいので、取り扱いやすく、その厚み調整加工が容易で、組み立て時にスペーサがずり落ちたりしないという効果がある。
【００１９】
ギャップ調整シートはその抜き差し及び厚みの異なるギャップ調整シートに交換することによって、スペーサの厚みを簡単に調整できるので、ギャップの寸法調整を容易にするという効果がある。
【００２０】
又、第１の凹部の内、少なくとも一つは前記電極の外周縁より外側に設けられているものである。
【００２１】
（前【００２２】と同じ）
電極の外周縁より外側に設けられた第１の凹部は、スペーサによって電極の有効面積が小さくなることを防止できるという効果がある。
【００２２】
又、誘電体シートは空隙を構成する２つの電極のいずれか片方の面に接するように設置されるとともに、この誘電体シートの前記電極に接する片面に突起を有し、この突起はこの誘電体シートの前記片面が接する電極に設けた第２の凹部にはめ込まれるものである。
【００２３】
誘電体シートの突起は電極の第２の凹部にはめ込まれて誘電体シートをしっかり保持するので、誘電体シートが反ったり割れたりすることを防止する。
【００２４】
又、誘電体シートは突起を有する焼結体で製作されているものである。
焼結体で製作することにより突起を含めて一体の焼結体として製作することが出来る。そのため、焼結時の高温による誘電体シートの熱歪を突起が吸収し、平行度が高く反りの少ないシートが出来る。
【００２５】
そして研磨による誘電体シートの成形時間が大幅に削減でき、結果として安価とすることが出来る。
【００２６】
又、空隙を構成する２つの電極のそれぞれに片面が接する２つの誘電体シートを有するとともに、この２つの誘電体シートの少なくともいずれか一方は前記スペーサが挿入される複数の穴を有するものである。
【００２７】
誘電体シートに設けられた穴により、スペーサは電極面を覆う誘電体シートに影響されずに挿入されるとともに、放電空隙が完全に誘電体シートで覆われるので、オゾンガスに放電による金属粒子が混入することが防止され、オゾンガスの純度が向上する。
【００２８】
又、少なくとも一つの電極は内部に冷媒を通すための冷却路を有するとともに、前記冷却路を貫通してこの電極の表面と裏面間を結ぶ複数の補強材を有するものである。
【００２９】
冷却路を貫通して電極の表裏面間を接続する複数の補強材は電極表面の水圧による変形を防止する効果がある。
【００３０】
又、電極はアルミ、又は、ステンレス、又はチタンの鋳物で製作されているものである。
【００３１】
鋳物で製作された電極は電極表面の平坦度が更に向上する。
【００３２】
また、この発明によるオゾン発生装置は、少なくとも１枚の誘電体シートを挿入した空隙を介して対向して配置された一対の平面電極、前記平面電極間に高電圧を印加して放電を発生させるとともに、前記空隙内に酸素を含むガスを供給して前記放電によりオゾンを発生するオゾン発生装置において、前記一対の平面電極のいずれかの前記空隙に面する側に設けられた第１の凹部と、前記第１の凹部内に挿入され前記電極表面から突出すると共にテーパを有するスペーサと、前記スペーサの突出高さを０．５ｍｍ以下に調整する調整ネジとを有することを特徴とするものである。
【００３３】
調整ネジはギャップの寸法調整を容易にする効果がある。
【００３４】
又、調整ネジは電極の側面方向から調整可能としたものである。
【００３５】
電極の側面方向から調整可能な調整ネジによって、オゾン発生装置を分解することなくギャップの調整を行うことが可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
実施例１．
以下、この発明の実施例１によるオゾン発生装置を図１、図２により説明する。図１は断面図、図２はその要部の斜視図である。以下、他の図も同様であるが、オゾン発生部である放電セルの部分の詳細を示し、発生装置のケーシング２０については図示を簡略化又は省略している。図１では説明の都合上放電セルは１層の放電セルとして図示しており、放電空隙部５は２つ示している。この放電セルを多段に積層すればオゾン発生容量を比例的に大きくすることが出来る。２は内部に冷却路２３を有するプレート状の接地電極、３はプレート状の高圧電極（冷却路２３は図示省略）である。
【００３７】
接地電極２、高圧電極３は共にステンレス製の円盤形状になっており、水などの冷媒を電極内に２１１の方向に流すことで冷却できる構造になっている。４は円盤状の誘電体シートで例えばアルミナなどのセラミックの焼結又はガラス板である。この誘電体シート４の板厚は１ｍｍ程度である。
【００３８】
６００は高圧電極３の放電空隙５に面した面上に設けた円形の溝（第１の凹部）、６０１は第１の凹部６００にはめ込まれたスペーサで中央部に窪みが設けてある。６０２は高圧電極３にスペーサ６０１を固定するためのネジでスペーサ６０１の中央の窪みに挿入されている。６０３はギャップ調整シートで１枚が０．０１〜０．０５ｍｍ程度の金属板複数枚を重ねた構造で、高圧電極３とスペーサ６０１の間に挟み込むものである。第１の凹部６００は電極が円形の場合、少なくとも３個所以上設けるのがよい。スペーサ６０１はネジ６０２を絞め込んだ状態で電極の表面からわずかに突出するようにギャップ調整シート６０３の重ね枚数を調整する。スペーサは接地電極２の誘電体シート４に接触し、この突出寸法がそのままギャップの寸法（第１図にｔとして示す）となる。
【００３９】
９５は冷却路２３を貫通するガス通路である。誘電体シート４のガス通路９５に相当する位置には穴が設けてありガスが通過できる。
【００４０】
次に動作について説明する。
以上のように構成した放電セルの放電空隙５を、複数のスペーサ６０１の高さをそれぞれのギャップ調整シート６０３により例えば０．１ｍｍプラスマイナス０．０１ｍｍの高精度に調整し、電極の外周部のガス供給口７から酸素ガスを流し、誘電体シート４を介して接地電極２と高圧電極３との間に交流の高電圧を印加すると、放電空隙５に誘電体バリヤー放電が発生し、酸素ガスはオゾン化ガスに変換されガス出口９から取り出される。
【００４１】
オゾンの発生効率はギャップ長の短縮化の他、放電の均一性や放電部分に存在するガスの温度の低温化で向上できるので、この発明の構成により、高効率にオゾンが生成できる（結果的に高濃度のオゾンが得られる）。
【００４２】
第１の凹部６００の深さ寸法は機械加工によって０．０５ｍｍよりよい精度で仕上げることは容易なことであり、ギャップ調整シート６０３は各種の厚みのものをあらかじめ用意しておけば、スペーサ６０１とギャップ調整シート６０３の合計厚みを前記第１の凹部６００の深さに対して希望する値に正確に合わせることは難しいことではない。ネジ６０２を絞め込んだとき、ネジ６０２の頭部の高さは高圧電極３の面よりも低くなるように第１の凹部６００の深さ、あるいはスペーサ６０１の厚みを決めておけば、あるいはネジ６０２をセラミックなどの絶縁物で製作しておけば、ネジ６０２の頭部からの放電を軽減することが出来る。
【００４３】
スペーサ６０１内に閉じ込められた気体が放電により高温／高圧になり他の問題を発生する原因とならないようスペーサ６０１に圧力抜き穴（図示していない）を設けても良い。
【００４４】
図１のものでは、ギャップ長を０．１ｍｍに、その精度を±０．０１ｍｍ以下にすることが可能であり、オゾン濃度は３００ｇ／Ｎｍの高濃度が、又、オゾン生成に要する消費電力量は８ｋｗｈ／ｋｇ−Ｏ３が達成できた。
【００４５】
実施例２．
この発明の実施例２のオゾン発生装置を図３、図４、図５により説明する。
図３はオゾン発生装置の放電セル部分の断面図、図４は接地電極２の斜視図（一部は断面図）、図５は誘電体シート２を示す図（一部断面）である。
【００４６】
接地電極２にはその冷却路２３を貫通して複数個の貫通穴１０１（第２の凹部という）を設ける。この貫通穴１０１にパイプ又は棒状の補強材１０２を挿入し、ろう付けもしくは接着等で接合する。この補強材１０２により冷却路２３があるにもかかわらず電極の表裏面が機械的に結合され、水圧による電極面の変形が軽減されるほか、平滑度そのものが向上する。なお、図ではガス通路９５と貫通穴１０１とは同寸法であるかのように記載しているが同寸法である必要は全くない。
【００４７】
図４の接地電極２はアルミもしくはステンレス、チタンの鋳物もしくはダイカストで作ることで電極の接合工程が大幅に削減でき、より精度の良い接地電極が得られる。
【００４８】
図５において、４００は誘電体シート４上に設けた突起であり、誘電体シート４の厚み（図示ｄ１）より厚い部分（図示ｄ２）とし、またその直径は接地電極２の穴１０１の内径にぴったり勘合する寸法に合わせてある。図５の形状とすることにより、誘電体シートは焼結のままで整形作業無しでも平面度、平行度の高いものとなり、後加工としては片面研磨程度で良く、安価な誘電体シートが得られる。この突起４００を図３の穴１０１にはめ込んで構成した面の平面度、平行度は向上し、機械的強度が増し、放電空隙５の寸法精度を高めることが出来る。
【００４９】
誘電体シート４の外周部にその厚みを少し厚くした補強エッジ４０１を設けると、このような平滑度が更に向上し、誘電体シート４の取り扱い時の外周部の保護になるとともに、図３に示すように電極間の空間的絶縁向上に寄与させることが出来る。
【００５０】
なお、図５の突起４００の形状は円筒型として図示しているが、内部が充填された円柱でもよく、断面は矩形でも良い。
【００５１】
実施例３．
以下、この発明の実施例３のオゾン発生装置を図６により説明する。
図６の放電セルは誘電体バリヤー放電によるオゾン発生時に、電極表面から生じる金属粒子の発生を少なくするよう工夫したもので、高純度のオゾン化ガスを得ることが出来るもので、スペーサ６０１を接地電極２の側に取付けた例である。もちろん高圧電極３の側に取付けることも出来る。
【００５２】
第１の凹部６００を実施例２の図４の穴１０１を利用して接地電極２上に設けている。放電空隙５の両面に誘電体シート４を取付けることによって、放電空隙５が完全に誘電体シート４で覆われている。スペーサ６０１も無機物例えばセラミックで構成され、放電空隙５の誘電体シート４の一方はスペーサ６０１をはめ込むために穴が設けてある。放電空隙５は全て無機物で覆われているので放電によって金属粒子が削られて飛散することがない。
【００５３】
実施例４．
この発明の実施例４のオゾン発生装置を図７により説明する。図７はスペーサ６０１を接地電極２の両面に取付けた例を示し、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）は正面図である。実施例１〜３のものでは、スペーサ６０１が放電空隙５の内側に取付けられるため放電面積の何パーセントかが放電に寄与しなくなり、効率の低下につながる。そこで、図７では、スペーサ６０１が放電面の外側、即ち、電極の外周縁の外側に取付けられるよう、第１の凹部６００が電極の外周縁の外側に設けられている。これによって放電面積が減少することがなく放電空隙５のガスの流れも、スペーサ６０１に乱されることなく均一になるので安定にオゾン化が行われ効率が向上する。
【００５４】
実施例５．
図８、図９にこの発明の実施例５によるオゾン発生装置の要部を示す。図において、第１の凹部６００は矩形になっている。７０１は第１の凹部６００内に収めたくさび状に成形したテーパスペーサであり、７０２はテーパスペーサ７０１の下に敷いた楔（くさび）である。楔７０２には高圧電極３の側面３１の方向からのネジ６０２が先端が自由に回転し、且つ、抜け出さないように結合されており、高圧電極３内に切られた雌ネジ内でネジ６０２が回転することにより、図９に向かって左右に動くようになっている。これにより楔７０２が右へ移動すればテーパスペーサ７０１が上方へ押し出され、左へ動けば下方へ（接地電極２に押されて）動くようになっている。即ち、電極同士の組み合わせを分解しなくても放電空隙の寸法調整が可能である。
【００５５】
絶縁された工具を用いるか、ネジ６０２がセラミックなどの絶縁物であるか、あるいは第１の凹部が接地電極２の側に設けてあれば電圧を印加して放電の様子を見ながら放電空隙５の調整を行うことが出来る。
【００５６】
なお、以上に説明した各実施例図において、第１の凹部６００の形状やスペーサ６０１の形状は図示のものに限らず、円形、楕円形、矩形などスペースを保持し得る機能を有するならばどんな形でもよいことは言うまでもない。又、スペーサ６０１の材質は無機性の絶縁物が好ましいが、放電空隙内に金属を露出させたくない図６の例、を除けばステンレスなどの金属でも良い。
【００５７】
この発明によるオゾン発生装置は、上水、下水処理、プール水の殺菌、空気清浄器、医療用品の殺菌、食品の殺菌、脱色処理、パルプ漂白など広い分野に応用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例１のオゾン発生装置の断面図である。
【図２】  図１の要部の詳細説明図である。
【図３】  実施例２のオゾン発生装置の断面図である。
【図４】  図３の接地電極の詳細図である。
【図５】  図３の誘電体シートの詳細図である。
【図６】  実施例３のオゾン発生装置の断面図である。
【図７】  実施例４のオゾン発生装置の要部の断面図である。
【図８】  実施例５のオゾン発生装置の要部詳細図である。
【図９】  図８の部分断面図である。
【図１０】  従来のオゾン発生装置の断面図である。
【図１１】  図１０の正面図である。
【図１２】  従来のオゾン発生装置の断面図である。
【図１３】  図１２の部分正面図である。
【図１４】  図１２のオゾン発生装置の特性説明図である。
【符号の説明】
１  放電用電源                ２  接地電極
３  高圧電極                  ４  誘電体
５  放電空隙                  ６、６１  スペーサ
７  ガスの供給口              ８  ガスの排出口
９  ガスの排出管            ２０  ケーシング
２３  冷却路                  ３１  導電膜
９５  ガス通路              １０１  貫通穴（第２の凹部）
１０２  補強材                ４００  突起
４０１  補強エッジ            ６００  溝（第1の凹部）
６０１  スペーサ              ６０２  ネジ
６０３  ギャップ調整シート    ７０１  テーパスペーサ
７０２  楔                  １００２  干渉用ばね
２２００  高圧端子
【図１】
0004017825.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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