(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体板と、前記誘電体板上に導電体材料により形成された１対の電極からなる沿面電極と、前記誘電体板の前記沿面電極の形成されていない面に設置された冷却板と、前記誘電体板の前記沿面電極の形成されている電極面と所定の距離を有して配置されたガスガイド板とからなり、前記電極面と前記ガスガイド板とのギャップに放電部が形成されてなる沿面放電オゾン発生装置において、
前記ギャップ長が、１ｍｍ以下であることを特徴とする沿面放電オゾン発生装置。
【請求項２】
誘電体板と、前記誘電体板の同一面上に導電体材料により形成された１対の電極からなる沿面電極と、前記誘電体板の前記沿面電極の形成されていない面に設置された冷却板と、前記誘電体板の前記沿面電極の形成されている電極面と所定の距離を有して配置されたガスガイド板とからなり、前記電極面と前記ガスガイド板とのギャップに放電部が形成されてなる沿面放電オゾン発生装置において、
前記ギャップ長が、前記放電部の出口における該ギャップ方向のオゾン濃度の偏りが１０％以下となるように設定されていることを特徴とする沿面放電オゾン発生装置。
【請求項３】
誘電体板と、前記誘電体板上に導電体材料により形成された１対の電極からなる沿面電極と、前記誘電体板の前記沿面電極の形成されていない面に設置された冷却板とからなる２つの装置が、前記各誘電体板の前記沿面電極の形成されている電極面が対向するように配置され、それら対向する電極面のギャップに放電部が形成されてなる沿面放電オゾン発生装置において、
前記ギャップ長が、２ｍｍ以下であることを特徴とする沿面放電オゾン発生装置。
【請求項４】
誘電体板と、前記誘電体板の同一面上に導電体材料により形成された１対の電極からなる沿面電極と、前記誘電体板の前記沿面電極の形成されていない面に設置された冷却板とからなる２つの装置が、前記各誘電体板の前記沿面電極の形成されている電極面が対向するように配置され、それら対向する電極面のギャップに放電部が形成されてなる沿面放電オゾン発生装置において、
前記ギャップ長が、前記放電部の出口における該ギャップ方向のオゾン濃度の偏りが１０％以下となるように設定されていることを特徴とする沿面放電オゾン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沿面放電により酸素又は空気等のガスからオゾンを発生させる沿面放電オゾン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、上下水道の殺菌、消臭及び脱色、工業排水の脱臭及び脱色、パルプ漂白、及び、医療機器の殺菌等を行う際にオゾンが使用されている。このようなオゾンを発生させるオゾン発生装置としては、無声放電を用いた装置が一般的に用いられている。すなわち、放電ギャップを介して複数の電極を対向配置し、この複数の電極間に交流電圧を印加すると共に、放電ギャップ内に原料ガスを流通させ、無声放電を生じさせることにより、オゾンの原料ガスからオゾンを生成する装置である。
【０００３】
このような無声放電によるオゾン発生装置は、体積が大きく、電気効率が低い等の理由から、近年、沿面放電を用いた平板型のオゾン発生装置もまた研究されている。
【０００４】
図６に、曲面構造沿面放電を用いた沿面放電オゾン発生装置の構成例を示す。同図において、沿面放電オゾン発生装置は、ガラスからなる誘電体板１と、この誘電体板１の表面に設けられ、銀ペースト等の導電材料にスクリーン印刷等を施すことにより製作した対をなす電極２，３と、これら電極２，３を被覆する誘電体層４とを備えている。また、誘電体板１の裏面側には、冷却水５により冷却される金属からなるヒートシンク６が、誘電体板１と密着して設けられている。
【０００５】
更に、誘電体板１の表面の電極２，３の外側には、図示しないパッキンが配置されており、このパッキン上にガスガイド１３が密着して設けられている。この誘電体板１の表面、すなわち誘電体層４とガスガイド１３との間のギャップが放電部２０となっており、ここにオゾン原料ガス１４が供給される。このとき、電極２，３に高電圧を印加すると、誘電体層４の表面に沿面放電１８が生じ、この沿面放電１８によってオゾン原料ガス１４からオゾン１６が生成され、放電部２０の図示しない出口からオゾン１６が取り出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の沿面放電オゾン発生装置においては、無声放電（ボリューム放電）によるオゾン発生装置と異なり、放電がギャップ全体に発生しない。すなわち、沿面放電オゾン発生装置では、電極近傍で厚さ数１００μｍの薄いシート状に放電が発生し、オゾンがこの部分からギャップ中に拡散していき、これが放電部の出口で取り出される。
【０００７】
そのため、高濃度のオゾンを発生させる場合、発生したオゾンの濃度が高い部分において、放電によって生じる発熱によりガス温度が上昇し冷却水により有効に冷却されず、生成されたオゾンが熱によって分解（逆反応）してしまう場合がある。そのため、オゾン発生効率が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
このようなオゾンの逆反応を防止するためには、発生するオゾンの濃度、すなわち放電部の出口におけるオゾンの濃度が均一である必要がある。従って、オゾンの拡散時間が放電部におけるガスの滞留時間より短くなければならない。
【０００９】
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、放電部の出口におけるオゾン濃度が均一であり、オゾン発生効率の高い沿面放電オゾン発生装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、誘電体板と、前記誘電体板上に導電体材料により形成された１対の電極からなる沿面電極と、前記誘電体板の前記沿面電極の形成されていない面に設置された冷却板と、前記誘電体板の前記沿面電極の形成されている電極面と所定の距離を有して配置されたガスガイド板とからなり、前記電極面と前記ガスガイド板とのギャップに放電部が形成されてなる沿面放電オゾン発生装置において、次のような構成を有することを特徴としている。
【００１１】
すなわち、請求項１記載の発明は、前記ギャップ長が、１ｍｍ以下であることを特徴としている。
このような請求項１記載の発明によれば、オゾンの拡散時間を放電部におけるガスの滞留時間より短くすることができる。そのため、放電部の出口におけるオゾン濃度を均一とすることができ、オゾンの発生効率を向上させることができる。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、前記ギャップ長が、前記放電部の出口における該ギャップ方向のオゾン濃度の偏りが１０％以下となるように設定されていることを特徴としている。
このような請求項２記載の発明によれば、放電部の出口におけるギャップ方向のオゾン濃度の偏りが１０％以下となるような電極面とガスガイド板のギャップ長を計算で求め、ギャップ長をその値に設定することにより、放電部の出口におけるオゾン濃度を均一とすることができる。
【００１３】
また、本発明は、誘電体板と、前記誘電体板上に導電体材料により形成された１対の電極からなる沿面電極と、前記誘電体板の前記沿面電極の形成されていない面に設置された冷却板とからなる２つの装置が、前記各誘電体板の前記沿面電極の形成されている電極面が対向するように配置され、それら対向する電極面のギャップに放電部が形成されてなる沿面放電オゾン発生装置において、次のような構成を有することを特徴としている。
【００１４】
すなわち、請求項３記載の発明は、前記ギャップ長が、２ｍｍ以下であることを特徴としている。
このような請求項３記載の発明によれば、オゾンの拡散時間を放電部におけるオゾン原料ガスの滞留時間より短くすることができる。そのため、放電部の出口におけるオゾン濃度を均一とすることができ、オゾンの発生効率を向上させることができる。
【００１５】
また、請求項４記載の発明は、前記ギャップ長が、前記放電部の出口における該ギャップ方向のオゾン濃度の偏りが１０％以下となるように設定されていることを特徴としている。
【００１６】
このような請求項４記載の発明によれば、放電部の出口におけるギャップ方向のオゾン濃度の偏りが１０％以下となるような電極面のギャップ長を計算で求め、ギャップ長をその値に設定することにより、放電部の出口におけるオゾン濃度を均一とすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による沿面放電オゾン発生装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
［１．第１の実施の形態］
図１は、本実施の形態による沿面放電オゾン発生装置の構成を示す斜視図であり、図２は、その断面図である。図１に示すように、１はガラスからなる誘電体板であり、２，３は、対をなす電極であり、誘電体板１の表面に設けられ、銀ペースト等の誘電材料にスクリーン印刷等を施すことによって製作されている。４は、電極２，３を被覆する誘電体層である。
【００１９】
また、６は、冷却水５（図２参照）によって冷却された金属からなるヒートシンクであり、誘電体板１の裏面側に誘電体板１と密着して設置されている。更に、７は、電極２，３を接続する配線であり、電極２，３と同一材料により同一の製作方法によって誘電体板１上に形成されている。この配線７の一部は、誘電体板１の外側に突出しており、誘電体層４によって被覆されていない配線取出し部８を形成する。また、９は、外部に設けられた高電圧を印加する交流電源であり、リード線１０及びバネ式圧着器１１を介して配線取出し部８に接続されている。
【００２０】
更に、１２はパッキンであり、誘電体板１の表面に設けられた電極２，３の外側に配置されている。１３はガスガイドであり、上記パッキン１２上に密着して配置されている。このガスガイド１３には、外部からオゾン原料ガス１４を導入するガス入口１５と、オゾン１６を取り出すガス出口１７とが設けられている。また、図２において、誘導体層４の表面とガスガイド１３の間隙の長さ、すなわちガスギャップ（以下、単にギャップという）長ｄは、１ｍｍ以下に設定されている。
【００２１】
このような構成において、交流電源９から電源２，３に高電圧を印加することにより、誘電体層４の表面（放電部２０）に沿面放電１８が発生する。この沿面放電１８により、オゾン原料ガス１４からオゾン１６が生成される。
【００２２】
ここで、図３は、放電部２０におけるオゾンの拡散過程を説明するモデル図である。この図において、誘電体層４とガスガイド１３のギャップ長をｄとし、このギャップ方向をＸ軸、ガスの流れ方向をＹ軸とする。また、沿面放電は、Ｘ＝０から数１００μｍ（約０．０２ｃｍ）の範囲に発生しており、この領域で一様にオゾンが生成される。なお、拡散過程の効果のみ見積もるため、オゾン濃度の飽和は考慮しないこととする。
【００２３】
ここで、ギャップ間でのオゾンの濃度は、以下の式によって見積もることができる。すなわち、オゾンの数密度を表す基本式は、以下のようになる。
【００２４】
【数１】
0004070342.tif 000002
なお、ｎは数密度、Ｄはオゾンの酸素中への拡散係数を表す。
【００２５】
また、ガスの流れ方向Ｙに対するオゾンの数密度を表す基本式は、以下のようになる。
【００２６】
【数２】
0004070342.tif 000003
なお、ｖは流速を表す。ここで、（１）式及び（２）式を独立に解けばよいが、（２）式は時間ｔと流れ方向Ｙの変換を意味するため、（１）式を時間に対して解くことにより、Ｙ方向の分布が求められる。
【００２７】
具体的な例を以下に示す。すなわち、単位放電面積当たりの電力密度Ｗ／ＳをＷ／Ｓ＝１０ｋＷ／ｍ2 、オゾン発生効率ηをη＝１００ｇ／ｋＷｈと仮定し、ギャップ長ｄが０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、及び５ｍｍの各場合について計算した。その計算の結果を、図４に示す。
【００２８】
図４において、縦軸のＮＬ／ＮＲは、図１及び図２に示す放電部２０のオゾン濃度に対するガスガイド１３の壁面付近のオゾン濃度の比を表しており、ＮＬ／ＮＲ＝１が、ギャップ方向にオゾン濃度が一様であることを意味する。また、横軸のＹ／Ｌは、ガス流れ方向の距離を放電長で規格化したものであり、Ｙ／Ｌ＝１の点が、図１に示す放電部２０の出口、すなわちガス出口１７での分布を表している。
【００２９】
図４に示す計算結果から、ギャップ長ｄが０．５ｍｍ及び１ｍｍの場合に、ガス出口１７においてギャップ方向にオゾン濃度がほぼ一様になることが分かる。すなわち、ギャップｄが１ｍｍ以下であれば、高濃度のオゾンが発生することが分かる。なお、図示しないが、電力密度Ｗ／Ｓ＝５ｋＷ／ｍ2 の場合、及びＷ／Ｓ＝１ｋＷ／ｍ2 の場合共に、同様の計算結果が得られる。従って、単位放電面積当たりの電力密度によらず、ギャップｄを１ｍｍ以下に設定することにより、オゾンの拡散時間が放電部２０におけるガスの滞留時間より短くなり、それによりガス出口１７、すなわち放電部２０出口でのオゾン濃度の偏りを数％程度に抑えることができ、高濃度のオゾンを得ることができる。
【００３０】
［２．第２の実施の形態］
本実施の形態による沿面放電オゾン発生装置は、図１及び図２に示す第１の実施の形態による沿面放電オゾン発生装置と同様の構成を有している。本実施の形態では、誘電体層４とガスガイド１３のギャップｄが、放電部２０のガス出口１７におけるオゾン１６の濃度の偏りが１０％以下となるように設定されている。なお、オゾン１６の濃度の偏りについては、上記式（１）によって見積もる。
【００３１】
そして、図４の計算結果から、放電部２０のガス出口１７におけるオゾン１６の濃度の偏りを１０％まで許容した場合、ギャップｄは２ｍｍ以下であればよいことが分かる。沿面放電オゾン発生装置を大型で大容量の装置として製作する場合、部品精度及び組立精度の面を考慮すると、誘電体層４とガスガイド１３の間隙、すなわちギャップはできるだけ大きい方が好ましい。従って、ギャップｄを２ｍｍとすることにより、装置の大型化が容易で、且つ、工業用製品として耐えうる沿面放電オゾン発生装置を提供することができる。
【００３２】
［３．第３の実施の形態］
図５は、本実施の形態による沿面放電オゾン発生装置の構成を示す断面図である。本実施の形態では、第１及び第２の実施の形態において図１に示したガスガイド１３を設ける代わりに、誘電体板１、電極２，３、誘電体層４、冷却水５及びヒートシンク６からなる放電電極ユニット３０を、対向配置させた構成となっている。この場合、放電電極ユニット３０，３０の誘電体層４同士が対向するように配置されている。これら誘電体層４，４の間隙の長さであるギャップ長ｄは２ｍｍ以下に設定されている。
【００３３】
上述した第１の実施の形態において、図３に示したように、誘導体層４とガスガイド１３とののギャップ長ｄは１ｍｍ以下に設定されていたため、放電電極ユニット３０，３０の誘電体層４，４同士を対向配置させた本実施の形態では、ギャップ長ｄはその２倍の２ｍｍ以下とする。これにより、オゾンの拡散時間が放電部２０におけるガスの滞留時間より短くなり、放電部２０のガス出口（図示せず）でのオゾン濃度の偏りを数％程度に抑えることができ、高濃度のオゾンを得ることができる。
【００３４】
［４．第４の実施の形態］
本実施の形態による沿面放電オゾン発生装置は、図５に示す第３の実施の形態による沿面放電オゾン発生装置と同様の構成を有している。本実施の形態では、誘電体層４，４のギャップ長ｄが、放電部２０のガス出口（図示せず）におけるオゾン１６の濃度の偏りが１０％以下となるように設定されている。なお、オゾン１６の濃度の偏りについては、上記式（１）によって見積もる。
【００３５】
上述した第２の実施の形態において、放電部出口におけるオゾン濃度の偏りが１０％以下となる為に、誘電体層４とガスガイド１３とのギャップ長ｄを２ｍｍ以下に設定していた。本実施の形態では、放電電極ユニット３０，３０の誘電体層４，４同士を対向配置させているため、ギャップ長ｄはその２倍の４ｍｍ以下であれば、放電部２０出口でのオゾン濃度の偏りが１０％以下となる。
【００３６】
沿面放電オゾン発生装置を大型で大容量の装置として製作する場合、部品精度及び組立精度の面を考慮すると、誘電体層４，４のギャップはできるだけ大きい方が好ましい。従って、ギャップ長ｄを４ｍｍとすることにより、装置の大型化が容易で、且つ、工業用製品として耐えうる沿面放電オゾン発生装置を提供することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ギャップ長を適切な値に設定することにより、オゾンの拡散時間が放電部におけるガスの滞留時間より短くなり、それにより放電部の出口におけるオゾン濃度を均一とすることができ、オゾン発生効率の高い沿面放電オゾン発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態による沿面放電オゾン発生装置の構成を示す斜視図
【図２】本発明の第１の実施の形態による沿面放電オゾン発生装置の構成を示す断面図
【図３】同実施の形態による放電部２０におけるオゾンの拡散過程を説明するモデル図
【図４】放電部２０におけるオゾン分布とギャップ長ｄの関係を示すグラフ
【図５】本発明の第３及び第４の実施の形態による沿面放電オゾン発生装置の構成を示す断面図
【図６】従来の沿面放電オゾン発生装置の構成を示す断面図
【符号の説明】
１…誘電体板
２，３…電極
４…誘電体層
５…冷却水
６…ヒートシンク
１３…ガスガイド
１４…オゾン原料ガス
１５…ガス入口
１６…オゾン
１７…ガス出口
１８…沿面放電
２０…放電部
３０…放電電極ユニット
【図１】
0004070342.tif 000004
【図２】
0004070342.tif 000005
【図３】
0004070342.tif 000006
【図４】
0004070342.tif 000007
【図５】
0004070342.tif 000008
【図６】
0004070342.tif 000009