JP2001213613A - オゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オゾンをより効率的に発生させるオゾン発生
装置を提供すること。 【解決手段】 少なくとも酸素を含むガスを放電領域に
導入することによりオゾンを発生させるオゾン発生装置
において、所定の間隙ｘを介して立設された一対のロー
ラ電極３，４を、それぞれ自軸を中心として互いに反対
方向に回転可能とすると共に、該ローラ電極３，４に直
流または交流の電圧を印加することにより上記所定の間
隙ｘを放電領域として放電させる電圧源と、ローラ電極
３，４の側方から上記所定の間隙ｘにガスを導入するガ
ス導入部材１０及びノズル部材１１と、各ローラ電極
３，４の回転により上記所定の間隙ｘからガス流路の下
流側へ排出されたオゾンを収集する漏斗部材１２及びガ
ス導出部材１３とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸素を含むガスを
放電領域に導入することによりオゾンを発生させる放電
式のオゾン発生装置に関し、オゾンの製造技術の分野に
属する。

【０００２】

【従来の技術】上水処理、産業排水及び排ガスの漂白・
脱臭、及び半導体の製造等に用いられるオゾンは、近年
様々な装置を用いて生成されている。そのなかで、例え
ば、特開平１０−２５１０４号公報に開示されているよ
うに、酸素や空気を放電領域に導入することによってオ
ゾンを発生させる放電式のオゾン発生装置が一般的によ
く用いられる。

【０００３】この種のオゾン発生装置は、例えば平行平
板等でなる一対の放電電極と、該放電電極間に構成され
る放電領域へ少なくとも酸素を含むガスを導入する酸素
導入機構と、直流もしくは交流の電圧を上記電極間に発
生させる電圧源とを備え、上記放電電極の放電中にその
放電領域へ酸素を導入することによりオゾンが生成され
るように構成されている。

【０００４】その場合に、上記のオゾンは、次のような
反応を経て生成される。

【０００５】すなわち、まず、放電領域に導入された酸
素分子が電子の衝突等により酸素原子や酸素イオンに解
離もしくは電離し、次に、この解離もしくは電離した酸
素原子や酸素イオンが他の酸素分子と結合することによ
りオゾンが生成される。

【０００６】一方、放電領域においては、上記のような
反応の他に、該反応と並行して次のような反応も生じて
いる。

【０００７】すなわち、上記の解離もしくは電離して発
生した酸素原子や酸素イオンが互いに結合して酸素分子
となったり、あるいは上記のように発生したオゾンが酸
素原子と酸素分子に分離したり、あるいは上記のように
発生したオゾンが酸素原子や酸素イオンと反応して２つ
の酸素分子が発生したりするのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】その場合に、従来にお
いては、次のような不具合が生じている。

【０００９】つまり、従来のオゾン発生装置において
は、酸素分子からオゾンが生成される反応とオゾンが酸
素分子や酸素イオンに解離もしくは電離される反応とが
上記のように平行平板等により構成される放電領域内で
起こり、上記の両反応が該放電領域内において平衡な状
態となる。よって、放電の強さや放電領域の広さ等の条
件が同じ条件のもとでは、上記オゾンの発生量が一定と
なってオゾンの発生効率に限界が生じ、該効率を向上さ
せることができなかった。

【００１０】また、放電領域内で発生した放電の種とな
る酸素イオン等の増加によって、放電モードが放電電流
の非常に大きな放電モードへ遷移する場合があり、この
放電モードの遷移によってオゾンの発生効率を低下させ
るという問題もある。

【００１１】そこで、本発明は、上記のような不具合を
解消し、オゾンをより効率的に発生させるオゾン発生装
置を提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、上
記課題を解決するため、次のような手段を用いたことを
特徴とする。

【００１３】まず、請求項１に記載の発明（以下、「第
１発明」という。）は、少なくとも酸素を含むガスを放
電領域に導入することによりオゾンを発生させるオゾン
発生装置において、所定の間隙を介して円筒状外周面を
対向させて配置された一対の放電電極と、該一対の放電
電極をそれぞれ自軸を中心として互いに反対方向に回転
駆動する回転駆動手段と、上記放電電極に直流または交
流の電圧を印加することにより上記所定の間隙を放電領
域として放電させる電圧印加手段と、放電電極の側方か
ら上記所定の間隙にガスを導入するガス導入手段と、各
放電電極の回転により上記所定の間隙からガス流路の下
流側へ排出されたオゾンを収集するオゾン収集手段とを
備えたことを特徴とする。

【００１４】次に、請求項２に記載の発明（以下、「第
２発明」という。）は、上記第１発明において、放電電
極の表面に付着したオゾンを該表面から剥離する剥離部
材を、放電電極の所定の間隙に対して放電電極の回転方
向下流側に近接して設けたことを特徴とする。

【００１５】そして、請求項３に記載の発明（以下、
「第３発明」という。）は、上記第２発明において、剥
離部材は、円筒状外周面を有し、該外周面を放電電極の
円筒状外周面に対向させて配置すると共に、該剥離部材
を自軸を中心として回転駆動する第２の回転駆動手段を
備え、上記剥離部材を、放電電極と近接する部分におい
て該放電電極の回転方向の下流側から上流側に回転する
ことにより、放電電極の表面に付着したオゾンを上記近
接部分で剥離するように構成したことを特徴とする。

【００１６】また、請求項４に記載の発明（以下、「第
４発明」という。）は、上記第１ないし第３発明のいず
れかにおいて、放電電極の表面に、所定の厚さ以下の耐
酸化性金属または酸化物を均一に被覆したことを特徴と
する。

【００１７】また、請求項５に記載の発明（以下、「第
５発明」という。）は、上記第４発明において、放電電
極は、表面が厚さ１００μｍ以下の酸化物の材質で構成
されているものであることを特徴とする。

【００１８】次に、請求項６に記載の発明（以下、「第
６発明」という。）は、上記第４発明において、放電電
極の表面が、貴金属類、ニッケル、クロム、もしくはス
テンレス鋼のいずれかの耐酸化性金属で構成されている
ものであることを特徴とする。

【００１９】そして、請求項７に記載の発明（以下、
「第７発明」という。）は、上記第４または第５発明に
おいて、放電電極の表面が、酸化アルミニウム、酸化シ
リコン、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ガリウム、酸
化亜鉛、酸化スズ、酸化クロム、酸化コバルト、酸化バ
ナジウム、酸化ゲルマニウム、酸化鉄、酸化銅もしくは
酸化ニッケルのいずれかの酸化物で構成されているもの
であることを特徴とする。

【００２０】また、請求項８に記載の発明（以下、「第
８発明」という。）は、上記第１発明ないし第７発明に
おいて、放電電極の軸心方向に沿って該電極に対向配置
された複数の副放電電極と、各副放電電極をそれぞれ所
定電位とする第２の電圧印加手段とを有する副放電装置
を、放電電極の所定の間隙に対して放電電極の回転方向
上流側に近接して備え、上記副放電電極と該電極に対向
する放電電極の各部位との電位差が所定以上となったと
きに、上記副放電電極と該電極に対向する放電電極の各
部位との間で放電が行われるように構成したことを特徴
とする。

【００２１】そして、請求項９に記載の発明（以下、
「第９発明」という。）は、上記第１ないし第８発明の
いずれかにおいて、電圧印加手段と放電電極との間の電
気供給経路の途中に、放電電流の変化を抑制する素子を
配設したことを特徴とする。

【００２２】また、請求項１０に記載の発明（以下、
「第１０発明」という。）は、上記第９発明において、
素子は、コイルであることを特徴とする。

【００２３】上記第１〜第１０発明によれば、それぞれ
次のような作用が得られる。

【００２４】まず、第１発明のオゾン発生装置によれ
ば、円筒状外周面を有する一対の放電電極を所定の間隙
を介して該円筒状外周面を対向させて配置したから、電
圧印加手段により上記放電電極に電圧が印加されたとき
には、該放電電極は上記の所定の間隙を放電領域として
該電極の軸心方向に沿う筋状に放電する（互いに最も近
接する部分で放電する）ことになる。そして、該放電電
極を放電させた状態でガス導入手段により上記所定の間
隙にガスを導入すると、放電領域とされた所定の間隙で
オゾンが発生することになる。その場合に、上記放電電
極を回転させることにより上記オゾンを下流側へ排出す
るように構成したから、上記の所定の間隙で発生したオ
ゾンが酸素分子や酸素イオンに解離もしくは電離される
前に、所定の間隙からオゾンを取り出すことができる。
このように、発生したオゾンが放電電極の回転により次
々に放電領域から速やかに排出されるように構成したか
ら、酸素分子からオゾンが生成される反応と発生したオ
ゾンが酸素分子や酸素イオンに解離もしくは電離される
反応とが放電領域において平衡な状態であっても、酸素
分子からオゾンが生成される反応が促進されて次々にオ
ゾンが発生することになる。その結果、オゾンの発生効
率を従来の装置に比べて大幅に向上させることができ
る。

【００２５】また、放電領域において発生した酸素イオ
ン等の放電の種も上記放電電極の回転によって下流側へ
排出されることになるから、オゾンの発生効率を低下さ
せる原因となる放電電流の大きな放電モードへの遷移を
防止することができる。

【００２６】次に、上記の所定の間隙で発生したオゾン
の一部が回転する放電電極に付着することがある。この
ため、このオゾンは下流側には排出されず、上記のよう
に放電電極にオゾンが付着したまま該電極と一緒に周回
することになる。これは、オゾンの発生効率を低減させ
る要因となる。

【００２７】そこで、第２発明のオゾン発生装置によれ
ば、上記のように放電電極に付着したオゾンを剥離部材
により剥離するようにしたから、剥離されたオゾンを下
流側へ排出することができる。これにより、より多くの
オゾンを取り出すことができ、オゾンの発生効率を一層
向上させることができる。

【００２８】また、第３発明のオゾン発生装置によれ
ば、円筒状外周面を有する剥離部材を放電電極の円筒状
外周面に対向して配置し、第２の回転駆動手段により上
記剥離部材が放電電極と近接する部分において該放電電
極の回転方向の下流側から上流側に回転するように構成
したので、剥離部材の回転により生じる気流によって放
電電極の表面に付着したオゾンを上記の近接部分で剥離
することができ、その結果、オゾンの発生効率を一層向
上させることができる。

【００２９】一般的に上記放電電極の材質は金属とされ
る。そのため、発生したオゾンや酸素イオン等によって
この金属製の放電電極が腐食（酸化）されて該電極の表
面に酸化膜が生じる場合がある。その場合に、放電電極
の表面に比較的厚い酸化膜が生じると、該酸化膜の部分
において電気的損失が生じ、オゾンの発生効率の低下を
招く。また、上記のような酸化膜は、放電電極の各部分
で必ずしも均一な厚みで生じるのではなく、各部分によ
ってむらが生じる場合がある。これによって、放電電極
の各部分で放電のばらつきが生じ、該放電が不安定とな
る。

【００３０】そこで、第４発明のオゾン発生装置によれ
ば、放電電極の表面を予め耐酸化性金属または酸化物で
被覆したから、放電電極が腐食（酸化）されることがほ
とんどなく、また、その腐食（酸化）によって放電電極
の表面に新たに酸化膜が生じることもほとんどない。よ
って、該酸化膜が比較的厚くなったり、むらが生じたり
することもない。その上で、上記のような被覆を所定の
厚さ以下にしたから、この被覆の部分で生じる電気的損
失は非常に小さいものとなり、オゾンの発生効率の低下
を抑制することができ、その結果、オゾンの発生効率を
一層向上させることができる。また、上記のような被覆
を均一にしたから、上述したような放電のばらつきが生
じるのを抑制することができる。

【００３１】その場合に、第５発明のオゾン発生装置の
ように、上記酸化物の被覆の厚さを１００μｍ以下とす
るのが好ましい。

【００３２】また、第６発明のオゾン発生装置のよう
に、放電電極の表面は、貴金属類、ニッケル、クロム、
もしくはステンレス鋼のいずれかの耐酸化性金属で構成
したものであるのが好ましい。

【００３３】さらに、第７発明のオゾン発生装置のよう
に、放電電極の表面は、酸化アルミニウム、酸化シリコ
ン、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ガリウム、酸化亜
鉛、酸化スズ、酸化クロム、酸化コバルト、酸化バナジ
ウム、酸化ゲルマニウム、酸化鉄、酸化銅もしくは酸化
ニッケルのいずれかの酸化物で構成したものであるのが
好ましい。

【００３４】放電により発生したイオンの一部が放電電
極に付着したまま周回すると、１周回後の次の放電状態
がこのイオンの付着状態により左右されることになる。
つまり、放電電極に付着したイオンは軸心方向に沿って
それほど速やかに拡散されないため、イオンの付着状態
が軸心方向に沿って不均一である場合には、次の放電
が、放電電極の軸心方向に亘って一定しないものとな
る。

【００３５】そこで、第８発明のオゾン発生装置によれ
ば、第２の電圧印加手段により所定電位とされた複数の
副放電電極を、所定の間隙に対して放電電極の回転方向
上流側に、かつ、放電電極の軸心方向に沿って該電極に
対向させて配置し、該副放電電極と該電極に対向する放
電電極の各部位との電位差が所定以上となったときに、
上記副放電電極と該電極に対向する放電電極の各部位と
の間で放電が行われるように構成したから、該放電によ
り電子が気体分子等に衝突して該気体のイオンが発生
し、この発生したイオンが放電電極の各部位に付着する
ことになる。よって、放電電極の表面の各部位が放電領
域となる前に該各部位に放電の種となるイオンが供給さ
れることになる。これにより、放電電極の表面の各部位
が放電領域となったときには、放電電極の軸心方向に亘
って放電量の均一な放電が行われることになる。

【００３６】そして、第９発明のオゾン発生装置によれ
ば、電圧印加手段と放電電極との間の電気供給経路の途
中に、放電電流の変化を抑制する素子を配設したので、
放電中において放電電流が比較的大きく増加する場合に
は、上記素子がその放電電流の増加を抑制するように作
用して、大きな放電電流を伴う放電への遷移が防止され
ることになる。また、放電中において放電電流が比較的
大きく減少する場合には、上記素子がその放電電流の減
少を抑制するように作用して、放電が維持されることに
なる。これにより、非常に安定な放電を維持することが
できる。

【００３７】その場合に、第１０発明のオゾン発生装置
のように、上記素子の一つとしてコイルを用いてもよ
い。

【００３８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態に係る
オゾン発生装置について説明する。

【００３９】図１、図２に示すように、本実施の形態に
係るオゾン発生装置１は、酸素を多く含む（例えば、８
０％の割合）ガスが封入された、例えばステンレス等で
なる円筒状のチャンバー２と、該チャンバー２内に所定
の間隙ｘを介して立設された一対のローラ電極３，４
（ローラ電極３が陰極、ローラ電極４が陽極）と、該ロ
ーラ電極３，４に直流もしくは交流の高電圧を印加する
ことにより上記ローラ電極間で放電させる電圧源（図示
せず）とを有する。なお、上記ローラ電極３，４として
直径Ｒが１０ｃｍ、長さＬが２０ｃｍであるものを用い
るときには、上記所定の間隙ｘの長さを０．５ｍｍとす
るのが好ましい。

【００４０】上記ローラ電極３，４は、チャンバー１の
上面２ａに取り付けられた第１モータ５，６（図２に片
方のみ図示）の駆動軸５ａ，６ａと直結されており、該
モータ５，６の作動により矢印ア及びイの方向にそれぞ
れ回転するようになっている。これにより、放電電極
３，４の周囲に該電極３，４の回転方向の気流が生じる
ようになっている。なお、第１モータ５，６の回転数は
上記の気流を発生させることができる範囲で適宜設定す
ればよく、例えばローラ電極３，４の直径Ｒが１０ｃ
ｍ、長さＬが２０ｃｍの場合には、７０００ｒｐｍ程度
が好適である。

【００４１】また、上記ローラ電極３，４の表面３ａ，
４ａには、所定厚さの酸化アルミニウムが均一にコーテ
ィングされている。これにより、発生したオゾン等によ
りローラ電極３，４が腐食（酸化）されることによって
該ローラ電極３，４の表面３ａ，４ａに酸化膜が生じる
ということがほとんどない。ひいては、該酸化膜が比較
的厚くなることに起因して電気的損失が大きくなるのを
防止することができ、その結果、オゾンの発生効率を一
層向上させることができると共に、酸化膜にむらが生じ
ることに起因して放電のばらつきが生じるのを防止する
ことができる。

【００４２】上記電圧源によりローラ電極３，４に、例
えば１キロボルトの高電圧が印加されると、上記所定の
間隙ｘを放電領域としてローラ電極３，４の軸方向に亘
って放電が行われる。なお、ローラ電極３，４への電圧
の印加は、高電圧導入端子（図示せず）を介して行われ
る。

【００４３】上記ローラ電極３，４の側方には、少なく
とも酸素を含むガスを上記チャンバー２内に導入するガ
ス導入部材１０と、該ガス導入部材１０により導入され
たガスを上記所定の間隙ｘに導入するノズル部材１１と
が備えられている。なお、ガス導入部材１０は、チャン
バー２の側壁２ｂに設けられた貫通孔２ｂ’を介して取
り付けられている。

【００４４】これにより、上記電圧源によりローラ電極
３，４に高電圧が印加された状態で、上記ガス導入部材
１０およびノズル部材１１を介してガスが上記間隙ｘに
導入されることにより、オゾンが生成されるようになっ
ている。

【００４５】上記ローラ電極３，４に対して上記ガス導
入部材１０と反対側の側方には、上記所定の間隙ｘで発
生したオゾンを収集する漏斗部材１２と、該漏斗部材１
２により収集されたオゾンを図示しないオゾン収集部材
に導出するガス導出部材１３とが備えられている。な
お、ガス導出部材１３は、上記ガス導入部材１０と同様
に、チャンバー２の側壁２ｂに設けられた貫通孔２ｂ”
を介して取り付けられている。

【００４６】上記ローラ電極３，４の下流側には、該ロ
ーラ電極３，４より径の小さい円柱形状の剥離部材２
０，２１が、該ローラ電極３，４に近接して（直径Ｒが
１０ｃｍ、長さＬが２０ｃｍ、所定の間隙ｘの長さが
０．５ｍｍのときには、ローラ電極３，４から０．２５
ｍｍの間隔を空けて）設けられていると共に、各剥離部
材２０，２１は、チャンバー２の上面２ａに取り付けら
れた第２モータ２２，２３（図２に片方のみ図示）の駆
動軸２２ａ，２３ａと直結されており、該モータ２２，
２３の作動により近接するローラ電極３，４に対して、
それぞれ同方向カ，キに回転するようになっている。こ
れにより、上記ローラ電極３，４の場合と同様に、該剥
離部材２０，２１のそれぞれの周囲に、該部材２０，２
１の回転方向の気流が発生するようになっている。

【００４７】なお、上記ローラ電極３，４および剥離部
材２０，２１は、チャンバー２の上面２ａと下面２ｃと
の間に架設された支持ポスト３０…３０及び支持板３
１，３１に各駆動軸５ａ，６ａ，２２ａ，２３ａを介し
て支持されており、これにより、ローラ電極３，４およ
び剥離部材２０，２１の位置が精度よく確保されるよう
になっている。

【００４８】上記ローラ電極３における所定の間隙ｘの
上流側には、該ローラ電極３の表面に放電の種となるイ
オンを供給する予備放電装置４０が備えられている。該
予備放電装置４０は、図３に示すように、複数の針状電
極４１…４１がローラ電極３の軸心方向に所定の間隔ｒ
おきに配設され、かつ上記各針状電極４１…４１がロー
ラ電極３の表面から所定の間隙ｄを空けて対向配置され
た構成とされている。

【００４９】また、上記各針状電極４１…４１は、図３
に示すように、定抵抗４２…４２及び電圧源４３により
構成される定電流回路４４を介して接地され、上記電圧
源４３により所定の電位とされており、ローラ電極３の
表面における各部位のイオンの付着状態により、針状電
極４１…４１と該電極４１…４１に対向するローラ電極
３の各部位との間に所定の電位差が生じると、該定電流
回路４４は、各針状電極４１…４１とローラ電極３の表
面の各部位との間で放電を起こすようになっている。そ
して、該放電により電子がローラ電極３・針状電極４１
…４１間の酸素分子等の気体分子に衝突することにより
該気体のイオンが発生し、この発生したイオンがローラ
電極３の表面に付着することになる。これにより、ロー
ラ電極３におけるイオンの分布が一定にされ、その結
果、ローラ電極３，４間で放電量が軸心方向に沿って均
一な放電が行われることになる。なお、上記定電流回路
４４は、図示しない制御コネクタを経てチャンバー２の
外部に設けられている。

【００５０】また、図４に示すように、ローラ電極３，
４と電圧源５０，５０との間の電圧供給路の途中には所
定のインダクタンスを有するコイル５１，５１が設けら
れている。これにより、上記ローラ電極３，４の放電中
において、放電電流が比較的大きく増加するような場合
には、上記所定のインダクタンスによる電圧降下が作用
することにより放電電流が大きく増加するのを抑制し、
大きな放電電流を伴う放電モードへの遷移を防止するこ
とができる。また、放電中において放電電流が比較的大
きく減少する場合には、上記コイル５１，５１が起電力
源として働いて放電電流が大きく減少するのを抑制し、
適度な放電状態を維持させることができる。

【００５１】なお、チャンバー２内壁側には該内壁に沿
って絶縁板６０が設けられており、ローラ電極３，４と
チャンバー２との間で放電が生じるのを防止するように
なっている。

【００５２】また、上記駆動軸５ａ，２２ａのチャンバ
ー２の上面２ａへの嵌挿部には、フッ素樹脂等によるシ
ールが施されており、電気絶縁性、チャンバー２内の気
密性、及び該シール自身の耐酸化性が確保されている。
また、上記のようなシールの他に、磁気カップリングを
用いてもよく、この場合には、上記のような電気絶縁性
等の性能が一層向上することになる。

【００５３】次に、本発明の作用について説明する。

【００５４】まず、第１モータ５，６の作動によりロー
ラ電極３，４が回転している状態で電圧源によりローラ
電極３，４に上記高電圧を印加すると、ローラ電極３，
４の所定の間隙ｘを放電領域とした放電が行われる。そ
して、ガス導入部材１０及びノズル部材１１により上記
所定の間隙ｘにガスを導入すると、オゾンが発生するこ
とになる。その場合に、この発生したオゾンのうち大部
分は、ローラ電極３，４の回転により生じた気流に帯同
することによりガス流路の下流側へ排出され、漏斗部材
１２及びガス導出部材１３により図示しないオゾン収集
部材に収集される。これにより、酸素分子からオゾンが
生成される反応とオゾンが酸素分子や酸素イオンに解離
もしくは電離する反応とが平衡状態となっても、オゾン
が次々に放電領域から取り出され、酸素分子からオゾン
が生成される反応が促進されるから、オゾンが次々に生
成され、その結果、オゾンの発生効率が向上することに
なる。

【００５５】また、上記オゾンとともに酸素イオンや酸
素分子の一部も排出されるから、放電領域とされた所定
の間隙ｘに放電の種となるイオンが大幅に増加するのを
抑制することができ、その結果、放電モードが放電電流
の非常に大きな放電モードに遷移するのを防止すること
ができる。

【００５６】一方、ローラ電極３，４の回転により下流
側へ排出されなかったオゾンは、ローラ電極３，４の表
面に付着することになる。その場合に、上記剥離部材２
０，２１が、近接するローラ電極３，４に対して同方向
カ，キに回転するように構成されているから、ローラ電
極３，４とそれぞれ近接する部分においてローラ電極
３，４に付着したオゾンのうちの大部分が、上記剥離部
材２０，２１の回転により生じた気流により剥離されて
上記と同様にガス流路の下流側へ排出される。

【００５７】一方、上記剥離部材２０，２１によって剥
離されなかったオゾンは、ローラ電極３，４に付着した
まま周回する。その場合に、予備放電装置４０の各針状
電極４１…４１が所定の電位とされており、各針状電極
４１…４１にそれぞれ対向するローラ電極３の表面の各
部位と上記各針状電極との間に所定の電位差が生じる
と、該電極４１…４１と各部位との間において放電が起
こり、各針状電極４１…４１からローラ電極３へイオン
が供給される。これにより、ローラ電極３の表面におけ
る軸心方向においてイオンの分布を一定にし、ローラ電
極３，４間の放電を軸心方向に沿って均一化することが
できる。

【００５８】このように、一対の放電電極３，４をロー
ラ状に形成し、それらを所定の間隙ｘを介して配設する
と共に、該ローラ電極３，４を回転可能に構成したか
ら、上記所定の間隙ｘで発生したオゾンが酸素分子や酸
素イオンに解離もしくは電離される前に、放電領域で発
生したオゾンを上記所定の間隙ｘから排出して取り出す
ことができる。よって、オゾンの生成反応とオゾン解離
反応あるいは電離反応とが放電領域において平衡な状態
であっても、オゾンの発生が制限されることはなく、次
々にオゾンが発生することになり、オゾンの発生効率が
従来の装置に比べて大幅に向上することになる。

【００５９】また、所定の間隙ｘで発生したイオンも上
記ローラ電極３，４の回転によって下流側へ排出される
ことになるから、オゾンの発生効率を低下させる原因の
一つとなる放電電流の大きな放電モードへの遷移を防止
することができる。

【００６０】そして、上記ローラ電極３，４の表面に、
所定厚さの酸化物をコーティングしたから、ローラ電極
３，４の表面が発生したオゾン等によって腐食（酸化）
されることがない。よって、比較的厚い酸化膜が発生す
ることによって該酸化膜の部分で生じる電気的損失が大
きくなるという不具合を解消して、オゾンの発生効率を
一層向上させることができると共に、上記酸化膜にむら
が生じることによってローラ電極３，４の各部分で放電
にばらつきが生じるという不具合を解消することができ
る。

【００６１】また、ローラ電極３，４の表面の各部位に
おけるイオンの付着状態に応じてローラ電極３の表面に
イオンを供給する予備放電装置４０を設けたから、ロー
ラ電極３の表面における軸心方向のイオンの分布を一定
にして、ローラ電極３，４間の放電を軸心方向に沿って
均一にすることができる。

【００６２】さらに、ローラ電極３，４と電圧源との間
の電圧供給路の途中に、所定のインダクタンスを有する
コイル５１，５１を設けたから、上記ローラ電極３，４
の放電中において、放電電流が比較的大きく増加するよ
うな場合には、上記コイル５１，５１が、放電電流が大
きく増加するのを抑制するように作用し、放電電流が比
較的大きく減少する場合には、放電電流が大きく減少す
るのを抑制するように作用することになり、その結果、
安定な放電状態を維持させることができる。

【００６３】なお、該予備放電装置４０の代わりに、ロ
ーラ電極３の表面における軸心方向のイオン付着状態を
検出し、該検出したイオン付着状態に応じてローラ電極
３に軸心方向に沿って紫外線を照射する装置を用いても
よい。この装置によっても、ローラ電極３の各部位にイ
オンを発生させることにより、ローラ電極３におけるイ
オンの分布を軸心方向に一定にすることができ、ローラ
電極３間の放電を軸心方向に沿って均一化することがで
きる。

【００６４】また、放電電極および剥離部材としては、
上記のようなローラ状のものに限らず、円筒形状のもの
であってもよい。

【００６５】従来のオゾン発生装置においては、放電電
極が平行平板等により構成されて、面状に放電すること
になって放電領域が広域であるのに対し、本実施形態の
オゾン発生装置においては、ローラ状に構成されて、上
記所定の間隙ｘにおいて筋状に放電することになるか
ら、放電領域の縮小化により一見オゾン発生効率が低下
するように思われるが、曲率半径の異なる放電電極を用
いることによって放電領域の広さを変更できるため、放
電領域の縮小化によるオゾン発生効率の低下はほとんど
ない。

【００６６】また、上記コーティングの材質として、上
述のような酸化アルミニウムに限らず、酸化シリコンや
酸化チタン等でもよく、また、これらのような酸化物に
限らず、貴金属類、ニッケル、クロムあるいはステンレ
ス等、酸化雰囲気でも酸化されにくい、あるいは、酸化
されてもごく表面のみで、内部まで酸化が進みにくい等
の性質を持ち、経時的に放電に及ぼす影響（例えば、安
定性が低下するとか、放電電力が著しく大きくなる等）
がほとんどない耐酸化性金属でもよい。

【００６７】さらに、本実施の形態においては、図５に
示すように、上記コイル５１，５１を相互インダクタン
スが生じるように対向させて配設してもよい。この場
合、小さなコイルで大きなインダクタンスを得ることが
できる。また、放電状態を安定化させる素子としてコイ
ル５１，５１を用いているが、該コイル５１，５１に限
らず、該コイル５１，５１と等価のインダクタンスを有
する他の素子を用いてもよい。

【００６８】

【発明の効果】第１発明のオゾン発生装置によれば、円
筒状外周面を有する一対の放電電極を所定の間隙を介し
て該外周面を対向させて配置したから、電圧印加手段に
より上記放電電極に電圧が印加されたときには、該放電
電極は上記の所定の間隙を放電領域として該電極の軸心
方向に沿う筋状に放電する（互いに最も近接する部分で
放電する）ことになる。そして、該放電電極を放電させ
た状態でガス導入手段により上記所定の間隙にガスを導
入すると、放電領域とされた所定の間隙でオゾンが発生
することになる。その場合に、上記放電電極を回転させ
ることにより上記オゾンを下流側へ排出するように構成
したから、上記の所定の間隙で発生したオゾンが酸素分
子や酸素イオンに解離もしくは電離される前に、所定の
間隙からオゾンを取り出すことができる。このように、
発生したオゾンが放電電極の回転により次々に放電領域
から速やかに排出されるように構成したから、酸素分子
からオゾンが生成される反応と発生したオゾンが酸素分
子や酸素イオンに解離もしくは電離される反応とが放電
領域において平衡な状態であっても、酸素分子からオゾ
ンが生成される反応が促進されて次々にオゾンが発生す
ることになる。その結果、オゾンの発生効率を従来の装
置に比べて大幅に向上させることができる。

【００６９】また、放電領域において発生した酸素イオ
ン等の放電の種も上記放電電極の回転によって下流側へ
排出されることになるから、オゾンの発生効率を低下さ
せる原因となる放電電流の大きな放電モードへの遷移を
防止することができる。

【００７０】第２発明のオゾン発生装置によれば、放電
電極に付着したオゾンを剥離部材により剥離するように
したから、剥離されたオゾンを下流側へ排出することが
できる。これにより、より多くのオゾンを取り出すこと
ができ、オゾンの発生効率を一層向上させることができ
る。

【００７１】また、第３発明のオゾン発生装置によれ
ば、円筒状外周面を有する剥離部材を放電電極の円筒状
外周面に対向して配置し、第２の回転駆動手段により上
記剥離部材が放電電極と近接する部分において該放電電
極の回転方向の下流側から上流側に回転するように構成
したので、剥離部材の回転により生じる気流によって放
電電極の表面に付着したオゾンを上記の近接部分で剥離
することができ、その結果、オゾンの発生効率を一層向
上させることができる。

【００７２】第４発明のオゾン発生装置によれば、放電
電極の表面を予め耐酸化性金属または酸化物で被覆した
から、放電電極が腐食（酸化）されることがほとんどな
く、また、その腐食（酸化）によって放電電極の表面に
新たに酸化膜が生じることもほとんどない。よって、該
酸化膜が比較的厚くなったり、むらが生じたりすること
もない。その上で、上記のような被覆を所定の厚さ以下
にしたから、この被覆の部分で生じる電気的損失は非常
に小さいものとなり、オゾンの発生効率の低下を抑制す
ることができ、その結果、オゾンの発生効率を一層向上
させることができる。また、上記のような被覆を均一に
したから、上述したような放電のばらつきが生じるのを
抑制することができる。

【００７３】その場合に、第５発明のオゾン発生装置の
ように、上記酸化物の被覆の厚さを１００μｍ以下とす
るのが好ましい。

【００７４】また、第６発明のオゾン発生装置のよう
に、放電電極の表面は、貴金属類、ニッケル、クロム、
もしくはステンレス鋼のいずれかの耐酸化性金属で構成
したものであるのが好ましい。

【００７５】さらに、第７発明のオゾン発生装置のよう
に、放電電極の表面は、酸化アルミニウム、酸化シリコ
ン、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ガリウム、酸化亜
鉛、酸化スズ、酸化クロム、酸化コバルト、酸化バナジ
ウム、酸化ゲルマニウム、酸化鉄、酸化銅もしくは酸化
ニッケルのいずれかの酸化物で構成したものであるのが
好ましい。

【００７６】第８発明のオゾン発生装置によれば、第２
の電圧印加手段により所定電位とされた複数の副放電電
極を、所定の間隙に対して放電電極の回転方向上流側
に、かつ、放電電極の軸心方向に沿って該電極に対向さ
せて配置し、該副放電電極と該電極に対向する放電電極
の各部位との電位差が所定以上となったときに、上記副
放電電極と該電極に対向する放電電極の各部位との間で
放電が行われるように構成したから、該放電により電子
が気体分子等に衝突して該気体のイオンが発生し、この
発生したイオンが放電電極の各部位に付着することにな
る。よって、放電電極の表面の各部位が放電領域となる
前に該各部位に放電の種となるイオンが供給されること
になる。これにより、放電電極の表面の各部位が放電領
域となったときには、放電電極の軸心方向に亘って放電
量の均一な放電が行われることになる。

【００７７】そして、第９発明のオゾン発生装置によれ
ば、電圧印加手段と放電電極との間の電気供給経路の途
中に、放電電流の変化を抑制する素子を配設したので、
放電中において放電電流が比較的大きく増加する場合に
は、上記素子がその放電電流の増加を抑制するように作
用して、大きな放電電流を伴う放電への遷移が防止され
ることになる。また、放電中において放電電流が比較的
大きく減少する場合には、上記素子がその放電電流の減
少を抑制するように作用して、放電が維持されることに
なる。これにより、非常に安定な放電を維持することが
できる。

【００７８】その場合に、第１０発明のオゾン発生装置
のように、上記素子の一つとしてコイルを用いてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るオゾン発生装置の
平断面図である。

【図２】 同じくオゾン発生装置の正面図である。

【図３】 予備放電装置の概略図である。

【図４】 オゾン発生装置におけるコイルの配設状態を
示す図である。

【図５】 他のコイルの配設状態を示す図である。

【符号の説明】

１ オゾン発生装置 ２ チャンバー ３，４ ローラ電極（放電電極） ５，６ 第１モータ（回転駆動手段） １０ ガス導入部材（ガス導入手段） １１ ノズル部材（ガス導入手段） １２ 漏斗部材１２（ガス収集手段） １３ ガス導出部材（ガス収集手段） ２０，２１ 剥離部材 ２２，２３ 第２モータ ４０ 予備放電装置（副放電装置） ５１ コイル ６０ 絶縁板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 明 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 井上 憲一 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 浅原 一彦 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 谷岡 隆 神戸市中央区脇浜町１丁目３番18号 株式 会社神戸製鋼所神戸本社内 (72)発明者 森 勇藏 大阪府交野市私市８丁目16番19号 Ｆターム(参考） 4G042 CA01 CC02 CC03 CC10 CC20 CC21 CD01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも酸素を含むガスを放電領域に
   導入することによりオゾンを発生させるオゾン発生装置
   であって、所定の間隙を介して円筒状外周面を対向させ
   て配置された一対の放電電極と、該一対の放電電極をそ
   れぞれ自軸を中心として互いに反対方向に回転駆動する
   回転駆動手段と、上記放電電極に直流または交流の電圧
   を印加することにより上記所定の間隙を放電領域として
   放電させる電圧印加手段と、放電電極の側方から上記所
   定の間隙にガスを導入するガス導入手段と、各放電電極
   の回転により上記所定の間隙からガス流路の下流側へ排
   出されたオゾンを収集するオゾン収集手段とが備えられ
   ていることを特徴とするオゾン発生装置。
2. 【請求項２】 放電電極の表面に付着したオゾンを該表
   面から剥離する剥離部材が、放電電極の所定の間隙に対
   して放電電極の回転方向下流側に近接して設けられてい
   ることを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
3. 【請求項３】 剥離部材は、円筒状外周面を有し、該外
   周面を放電電極の円筒状外周面に対向させて配置されて
   いると共に、該剥離部材を自軸を中心として回転駆動す
   る第２の回転駆動手段が備えられており、上記剥離部材
   は、放電電極と近接する部分において該放電電極の回転
   方向の下流側から上流側に回転することにより、放電電
   極の表面に付着したオゾンを上記近接部分で剥離するよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項２に記載の
   オゾン発生装置。
4. 【請求項４】 放電電極の表面には、所定の厚さ以下の
   耐酸化性金属または酸化物が均一に被覆されていること
   を特徴とする請求項１ないし３に記載のオゾン発生装
   置。
5. 【請求項５】 放電電極は、表面が厚さ１００μｍ以下
   の酸化物の材質で構成されているものであることを特徴
   とする請求項４に記載のオゾン発生装置。
6. 【請求項６】 放電電極の表面が、貴金属類、ニッケ
   ル、クロム、もしくはステンレス鋼のいずれかの耐酸化
   性金属で構成されているものであることを特徴とする請
   求項４に記載のオゾン発生装置。
7. 【請求項７】 放電電極の表面が、酸化アルミニウム、
   酸化シリコン、酸化チタン、酸化マンガン、酸化ガリウ
   ム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化クロム、酸化コバルト、
   酸化バナジウム、酸化ゲルマニウム、酸化鉄、酸化銅も
   しくは酸化ニッケルのいずれかの酸化物で構成されてい
   るものであることを特徴とする請求項４または請求項５
   に記載のオゾン発生装置。
8. 【請求項８】 放電電極の軸心方向に沿って該電極に対
   向配置された複数の副放電電極と、各副放電電極をそれ
   ぞれ所定電位とする第２の電圧印加手段とを有する副放
   電装置が、放電電極の所定の間隙に対して放電電極の回
   転方向上流側に近接して備えられており、上記副放電電
   極と該電極に対向する放電電極の各部位との電位差が所
   定以上となったときに、上記副放電電極と該電極に対向
   する放電電極の各部位との間で放電が行われるように構
   成されていることを特徴とする請求項１ないし７に記載
   のオゾン発生装置。
9. 【請求項９】 電圧印加手段と放電電極との間の電気供
   給経路の途中に、放電電流の変化を抑制する素子が配設
   されていることを特徴とする請求項１ないし８に記載の
   オゾン発生装置。
10. 【請求項１０】 素子は、コイルであることを特徴とす
    る請求項９に記載のオゾン発生装置。