JP2004142963A - オゾン発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾン発生性能を損なわずに放電領域を増大させることができるオゾン発生器を得る。
【解決手段】平板状の第１の電極７と、第１の電極７の主面に対向する平板状の第２の電極３と、第１の電極７と第２の電極３との間に設けられた平板状の誘電体板５及び放電領域を形成するスペーサ１３とを有する電極モジュール１０２が複数積層され、第１の電極７と第２の電極３との間に交流電圧を印加され、酸素ガスが注入された放電領域に放電を生じさせてオゾンガスを発生させ、第１の電極７は、放電領域に対向する電極面と側部との間に放電領域で発生したオゾンガスを取り出すオゾンガス通路８が形成され、第１電極の放電領域内に複数個のオゾンガス通路を分散配設し、複数個のオゾンガス通路８は、第１の電極７の内部にて各々の放電区間で発生したオゾンガスを集合させて取り出す。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、積層された複数の平板状の高圧電極及び低圧電極を有し、この間に交流電圧を印加し放電を生じさせオゾンガスを生成する平板積層型オゾン発生装置に関し、特にこの平板積層型オゾン発生装置の要部であって、高圧電極及び低圧電極を有し酸素ガスを含んだガスを供給されてオゾンガスを生成するオゾン発生器に関するものであって、特に、オゾン発生器の薄型、大容量化および装置の部品点数の削減をするとともに、装置の小型化を狙った構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４９は例えば特公昭５９−４８７６１号公報に開示された従来の同軸円筒方式オゾン発生装置の側断面図である。図５０は図４９の同軸円筒方式オゾン発生装置のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。図４９及び図５０において、同軸円筒方式オゾン発生装置は、高圧電極３へ高電圧を印加する電源１３００と、径Φ４０ｍｍ、長さ約１ｍのガラス誘電体管５と、このガラス誘電体管５の内周面に形成された導電膜層よりなる高圧電極３と、この高圧電極３が形成されたガラス誘電体管５と同軸に配置される外径Φ５０ｍｍ、長さ約１．２ｍの円筒型接地電極管７と、この円筒型接地電極管７とガラス誘電体管５との間に形成される放電空隙１０６と、この放電空隙１０６を形成させるために両電極の対抗部に設置されたバネ状スペーサ１１３を有している。これらの構成部材を収納する容器１１００には、酸素を含んだ原料ガスの供給口１０１０及び排出口１１１が設けられている。また、容器１１００の円筒型接地電極管７の外周側には冷却空間１０９が設けられている。
【０００３】
ガラス誘電体管５は、円筒型接地電極管７と二重管構造をなし、円筒型接地電極と高圧電極３との間に誘電体が挿入された電極対を形成している。高圧電極３へ高電圧を印加することで放電空隙１０６に放電が起こり、オゾンガスが発生する。冷却空間１０９においては、流入口１１２ａから流出口１１２ｂへ水（冷媒）を流し冷却する。
【０００４】
放電空隙１０６は、ガラス誘電体管５の外周の一部にバネ状スペーサ１１３を設置したものを円筒型接地電極管７に嵌め込むことで、この円筒型接地電極管７とガラス誘電体管５との間に略０．６ｍｍ程度の間隔（放電ギャップ）で形成される。この放電ギャップ間に、ガス圧力略０．１ＭＰａ程度の下で原料ガスである酸素もしくは空気を流し、装置を通過したガスを取出せる構成になっている。通常、上述の外径Φ５０ｍｍ−長さ１．２ｍの１本のオゾン発生セルにおいては、効率良くオゾンを発生させるための電力注入密度は０．２Ｗ／ｃｍ^２以下である。
【０００５】
円筒型接地電極管７と内周面に高圧電極３を形成させたガラス誘電体管５とによって構成された電極間（ギャップ間）に交流高電圧を印加して電力密度０．２Ｗ／ｃｍ^２程度の誘電体バリヤー放電（無声放電）を発生させることで、原料ガスをオゾン濃度１００ｇ／ｍ^３程度のオゾン化ガスに変換される。この生成したオゾン化ガスは原料ガスを流すことで、連続的に排出口１１１から取り出せる。通常、上述の外径Φ５０ｍｍ−長さ１．２ｍ程度の１本のオゾン発生セルでは、１本当たり約２５ｇ／ｈのオゾン発生量が得られる。１ｋｇ／ｈのオゾンガスを得るためのオゾン効率は約１０ｋＷｈ／ｋｇ程度である。また、この１本のオゾン発生装置の容積は２０００ｃｍ^３程度である。
【０００６】
オゾン化ガスは半導体・液晶製造装置の洗浄、成膜やレジスト剥離工程で利用され、また、水処理装置やパルプ漂白装置にも利用され、この分野では大容量のオゾンが要求される。上述の半導体・液晶製造分野に利用されるオゾン発生量は単機当り数十ｇ／ｈ〜５００ｇ／ｈ程度であり、装置はオゾン発生性能に加えコンパクト性が強く求められる。例えば、オゾン発生量２５０ｇ／ｈのオゾン発生器部のみで幅２０ｃｍ以下、高さ２０ｃｍ以下、奥行き５０ｃｍ以下で容積が２００００ｃｍ^３（０．０２ｍ^３）以下が要求される。また、水処理やパルプ漂白分野では発生量が１０〜６０ｋｇ／ｈの大容量オゾンが必要である。この場合、上述に示したΦ５０ｍｍ−１．２ｍのオゾン発生セルを多数本で６０ｋｇ／ｈ級のオゾン発生装置を構成すると、約２４００本（＝６００００ｇ／ｈ／２５ｇ／ｈ）のオゾン発生セルが必要となり、非常に大きくなり、製造コストやメンテナンスコストが高くなる。６０ｋｇ／ｈ級のオゾン発生装置の大きさは単純計算で約４．８ｍ^３（＝２４００本×２０００ｃｍ^３）実際的には約６ｍ^３程度の大型装置になる。このオゾン発生セルを多管にした装置を図５１及び図５２に示す。この装置では８本のオゾン発生セルで構成した装置を示しているが、従来の大型装置は図５３のように構成されており、６０ｋｇ／ｈ級のオゾン発生装置の実際装置では２４００本のガラス誘電体管５を差込む構造になっている。
【０００７】
図５１及び図５２は円筒型接地電極管と内周面に高圧電極３を形成させたφ４０ｍｍ−１ｍのガラス誘電体管５とによって構成された電極対を１つの容器１１００に複数個収納した大型オゾン発生装置であり、図５１はその側面断面図、図５２は図５１のＪ−Ｊ線における断面図である。図５１及び図５２に示された装置は、上述の電極対を一つの円筒型接地電極管７に両側からガラス誘電体管５が挿入した突合せ構造（タンデム構造）を有しており、このタンデムに配置された２つの電極対を１組としたものが全部で４本、即ち合計８本の電極対から構成されている。（図５２参照）。
【０００８】
図５４及び図５５は、図５１及び図５２で示されたΦ５０ｍｍ−１．２ｍのオゾン発生セルを多数本で構成した装置をコンパクト構造にするために、平板状のオゾン発生セルを多段に積層した従来例であり、例えば特開平１０−２５１０４号公報「オゾン発生装置用放電セル」で提案された従来のオゾン発生装置の要部であり、図５４は横断面図、図５５は図５４のＧ−Ｇ線縦断面図である。なお、図５４は図５５のＨ−Ｈ線を矢印の方向から見た場合を示している。図５４、図５５において、オゾン発生器１１００には、オゾン発生器１１００に電力を供給する高周波インバータ部１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃが接続されている。オゾン発生器１１００の内部には、高周波インバータ部１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃと電気的に接続された過電流防止用ヒューズ１７７ａ、１７７ｂ、１７７ｃが配設されている。過電流防止用ヒューズ１７７ａ、１７７ｂ、１７７ｃは、低圧電極１０７ｘ、１０７ｙの側面に絶縁ガイシを介して保持されている。
【０００９】
オゾン発生器１１００は、有底円筒状を成し内部が機密構造とされた発生器カバー１１１０を有している。発生器カバー１１１０には、外部から発生器カバー１１１０の内部に原料ガス（酸素ガス）を供給する原料ガス導入口１０１０が設けられている。オゾン発生器１１００の内部には、変形６角形平板状の２枚の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙが配設されている。低圧電極１０７ｘ、１０７ｙは、機械加工された部材が溶接によって接合されて作製され内部が空洞とされている。そして、この内部空洞は、後で述べるように冷却水通路１０９として用いられている。つまり、低圧電極１０７ｘ、１０７ｙは、内部に冷媒としての冷却水を流通させ、電極であるとともにヒートシンクの機能も兼ね備えている。
【００１０】
２枚の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙに挟まれた空間内において、低圧電極１０７ｘの低圧電極１０７ｙ側の面には、３枚の円板状の低圧電極板１０７ｘａ、１０７ｘｂ、（１０７ｘｃ図示せず）が接合されている。一方、低圧電極１０７ｙの低圧電極１０７ｘ側の面には、３枚の円板状の低圧電極板１０７ｙａ、１０７ｙｂ、（１０７ｙｃ図示せず）が接合されている。
【００１１】
さらに、２枚の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙに挟まれた空間内において、円板状の低圧電極板１０７ｘａ、１０７ｘｂ、（１０７ｘｃ図示せず）に対向して、３枚の円板状の誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃがそれぞれ配設されている。一方、低圧電極１０７ｙ側においても、低圧電極板１０７ｙａ、１０７ｙｂ、（１０７ｙｃ図示せず）に対向して、３枚の円板状の誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃがそれぞれ配設されている。各々、２枚の誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃは、それぞれ対を成している。対をなす２枚の誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃのそれぞれの対向する側の面に、薄膜状の導電性膜１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃが形成されている。
【００１２】
低圧電極板１０７ｘａ、１０７ｘｂ、（１０７ｘｃ図示せず）と誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃとの間には、それぞれスペーサ１１３が挟まれている。そして、低圧電極板１０７ｘａ、１０７ｘｂ、（１０７ｘｃ図示せず）と誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの間に、スペーサ１１３によって、それぞれ、放電領域１０６が形成されている。この放電領域１０６は、微少な間隙として形成されている。同じようにして、低圧電極板１０７ｙａ、１０７ｙｂ、（１０７ｙｃ図示せず）と誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃとの間も、スペーサ１１３によって、それぞれ、微少な間隙として放電領域１０６が形成されている。
【００１３】
対をなす２枚の誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃのそれぞれの間には、弾性を有するガスシール材１３１が縮設されている。また、対をなす２枚の誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃのそれぞれの間には、薄板電極である高圧電極１０３が配設されている。そしてさらに、高圧電極１０３と誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃとの間に、それぞれ金属バネ１３２が縮設されている。すなわち、高圧電極１０３は、弾性機能を有した２枚の誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに挟まれた構造になっている。高圧電極１０３が、金属バネ１３２を介して誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの導電性膜１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ面に電気的に接続されることで、誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに高電圧が供給される。
【００１４】
この従来技術では、変形６角形平板状の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙの中心から角度１２０度で３等分した低圧電極面に放電面となる高精度の平坦度を有する円板状の低圧電極板１０７ｘａ、１０７ｘｂ、（１０７ｘｃ図示せず）をそれぞれ接合し、これらの低圧電極板１０７ｘａ、１０７ｘｂ、（１０７ｘｃ図示せず）に３枚の誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃをそれぞれ対向させて配置している。このように、共通の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙと１つの誘電体板１０５ａまたは１０５ｂまたは１０５ｃを有する放電部分を、それぞれオゾン発生放電セル１９９ａ、１９９ｂ（、１９９ｃ図示せず）と称する。この従来技術では共通の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙに３個の放電セル１９９ａ、１９９ｂ、１９９ｃを有する放電体、すなわち放電ユニットを構成している。
【００１５】
誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの中央には、オゾンガス取出孔１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃが穿孔されている。また、低圧電極板１０７ｘａ、１０７ｘｂ、（１０７ｘｃ図示せず）にもオゾンガス取出孔が形成され、このオゾンガス取出孔には、それぞれ低圧電極１０７ｘを貫通するオゾンガス排出管１１１ａ、１１１ｂ、（１１１ｃ図示せず）が連通されている。オゾンガスは、図５５の矢印１１０に示されるように流れてオゾン発生器１１００から取出される。
【００１６】
低圧電極１０７ｘ、１０７ｙの内部には、冷媒としての冷却水が流通する冷却水通路１０９が形成されている。冷却水通路１０９は、冷却水の入口１２３ａと出口１２３ｂとを有している。入口１２３ａ及び出口１２３ｂには、それぞれ配管１２２ａ、１２２ｂを介して冷却水給水ヘッダ１２１ａと冷却水排水ヘッダ１２１ａとが接続されている。さらに、冷却水給水ヘッダ１２１ａには、外部からオゾン発生器１１００に冷却水を供給するメイン冷却管の排出口１１２ａが接続され、また、冷却水排水ヘッダ１２１ａには、オゾン発生器１１００から外部に冷却水を排出するメイン冷却管の吸入口１１２ｂが接続されている。冷却水は、図５４の矢印１２０に示されるように流れオゾン発生器１１００に供給される。
【００１７】
このように、低圧電極１０７ｘ、１０７ｙの主面に各々３つの放電領域１０６が設けられ、さらに高圧電極１０３の両面に放電領域１０６が形成されるため、合計６つの放電領域１０６が形成される。６つの放電領域１０６内に設けられた放電領域１０６形成用のスペーサ１１３、１組の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙと６枚の誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、高圧電極１０３によって６組の放電セルが形成され、一対の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙで、６つの放電領域１０６を有したものになり、大容量のオゾン発生器を構成できる構造になっている。
【００１８】
また、放電セル構造体で、一対の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙの内部に冷却水通路１０９を形成するとともに、オゾンガス通路１０８を形成し、積層方向に３つのオゾンガス通路１０８を設ける構造になっている。
【００１９】
次に動作について説明する。高周波インバータ部１３００ａ、１３００ｂ、１３００ｃで発生した高電圧は、低圧電極１０７ｘ、１０７ｙの側面に設置した過電流防止用ヒューズ１７７ａ、１７７ｂ、１７７ｃを介して高圧電極１０３から金属バネ１３２を経て誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに供給される。そして、発生器カバー１１１０に設けられた原料ガス導入口１０１０から、酸素を含む原料ガスを導入すると、オゾン発生放電セル１９９ａ、１９９ｂ、１９９ｃの外周方向から放電空隙１０６に原料ガスが吸い込まれ、放電空隙１０６に無声放電を行うと、原料ガスはオゾンガスとなる。放電空隙１０６を出たオゾンガスはオゾンガス取出孔１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃに導かれ、オゾンガス排出管１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ内を矢印１１０の方向に排出され、外部に取り出される。
【００２０】
このような構成のオゾン発生器においては、放電面積を増やして大容量化する為に、共通の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙに対向して複数の誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを配置することにより、所定精度の平坦度を得るために厚くしなければならない誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを大型化することなく大容量化が可能となる。また、低圧電極１０７ｘ、１０７ｙ並びに低圧電極１０７ｘ、１０７ｙに接続される冷却継手等の低圧電極部品数を減らせオゾン発生量の大容量化が図れる。
【００２１】
また、複数の放電セル１９９ａ、１９９ｂ、１９９ｃを共通の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙに有効に配置することでコンパクトな装置を実現できる。なお、共通の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙは、放電面となる高精度の平坦度を有する円板状の低圧電極板１０７ｘａ、１０７ｘｂ、１０７ｘｃをそれぞれ接合したので、所定精度の平坦度が得られる。
【００２２】
一対の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙの主面に合計６個の高圧電極１０３を並べ、高圧電極１０３に交流高電圧を印加することにより誘電体板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを介した電極間の放電領域１０６に誘電体バリヤー放電を発生させる。６つの高圧電極１０３と一対の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙのそれぞれに交流高電圧を印加して放電させるため、３対（６つ）の放電領域１０６が概略同一平面上に形成される。この放電によって酸素ガスが一旦酸素原子に解離し、ほぼ同時にこの酸素原子が、他の酸素分子或いは壁と三体衝突を引き起こし、６つの放電領域１０６から同時にオゾンガスが生成され、大量のオゾンガスが得られることとなる。
【００２３】
低圧電極１０７ｘ、１０７ｙは、各々３つの放電領域１０６に対して共通であるため、１枚の低圧電極１０７ｘ或いは１０７ｙに冷却水を流すと３つの放電領域１０６の電極をともに冷却できる。
【００２４】
尚、この従来技術においては、一対の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙのみ有しているが、一対の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙと両者の間に挟まれた複数の電極からなるモジュールを、主面に平行に複数積層して発生ガスの大容量化を図ることも一般に行われている。
【００２５】
【特許文献１】
特公昭５９−４８７６１号公報
【特許文献２】
特開平１０−２５１０４号公報（第４−５頁、第１−２図）
【特許文献３】
特開平１１−２９２５１６号公報
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成のオゾン発生装置においては、低圧電極１０７ｘ、１０７ｙは、機械加工と溶接で製作されており、頑強で重く装置のコンパクト化を阻むものとして問題であった。
【００２７】
また、オゾンガスを取出すための配管、及び低圧電極１０７ｘ、１０７ｙを冷却する多数の配管を有するオゾン発生装置、特に一対の低圧電極１０７ｘ、１０７ｙと両者の間に挟まれた複数の電極からなるモジュールが主面に平行に複数積層されたものにおいては、それぞれのモジュールから配管が延出され、配管の引き回しが複雑になって容易でない他、製造コストが高くなる、オゾン発生装置が大きくなる等の問題があった。
【００２８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、特に放電領域面積を増やしてオゾン発生量を増大させようとするものであり、１つの電極面に対して放電領域を増やしてもオゾン発生性能を損なわず且つ信頼性の高いものとすることができ、電極面の平面精度を高精度に確保することができ、モジュールの積層構造を容易に構築することができ、電極の冷却性が高く、小さく軽い装置とすることができ、配管を簡素な構造とすることができ、さらに製造コストを低減することができるオゾン発生器を得ることを目的とする。
【００２９】
また、平板電極の形状を細長くして、複数個のオゾン発生セルを数段積層したオゾン発生モジュールの発生容量を増し、オゾン発生モジュールの容器の外形を小さくすることにより、コンパクトでかつ軽く、ガス圧力容器として強度のあるオゾン発生器を得ることを目的とする。
さらに、複数の発生器を１つの容器に挿入して発生容量をさらに増やしたオゾン発生装置をコンパクト化して製造コスト、保守コストを低減することができるオゾン発生装置を得ることを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る１実施の形態のオゾン発生器は、平板状の第１の電極と、第１の電極の主面に対向する平板状の第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に設けられた平板状の誘電体板及び放電領域を形成するスペーサとを有する電極モジュールが複数積層され、第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印加され、酸素ガスを含んだガスが注入された放電領域のギャップ間に放電を生じさせてオゾンガスを発生させ、第１の電極は、放電領域に対向する電極面と側部との間に放電領域で発生したオゾンガスを取り出すオゾンガス通路が形成され、オゾンガス通路を中心とする径方向の流速分布が略均一化するように、第１電極の放電領域内に複数個のオゾンガス通路を分散させて配設し、複数個のオゾンガス通路は、第１の電極の内部にて放電領域の複数の箇所で発生したオゾンガスを集合させて取り出す。
また、この発明に係る他の実施の形態のオゾン発生器は、上述の１実施の形態のオゾン発生器の容器をロウ付け、溶接等で密閉構造にした。
また、この発明に係る他の実施の形態のオゾン発生器は、上述の１実施の形態のオゾン発生器を円筒状の容器に収納して、少なくとも冷媒の出入口配管、原料ガス取入れ配管、オゾンガス取出し配管、高圧ブッシングのいずれかを容器の端面から取り出し、容器をロウ付け、溶接等で密閉構造にした。
また、この発明に係る他の実施の形態のオゾン発生器は、上述の１実施の形態のオゾン発生器の容器を１つの容器に複数個収納し、１つの容器に複数個のオゾン発生器からの冷媒を分岐させて送り出す手段と、冷媒を集合させて取り出す手段とオソンガスを集合させて取り出す手段と高圧電極へ電圧を供給する手段を持たせた構造にした。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明のオゾン発生器を内蔵する平板積層型オゾン発生装置は、半導体製造装置や洗浄装置等の他の装置と共に併設されることが多い。各装置には一般に操作パネルや操作部が設けられるが、この操作パネルや操作部は、作業者の操作性を考慮して、各々が例えば通路等に面して並べられて設けられることが理想的である。一方、この操作パネル等が並べられた面に対して直角方向となる奥行きに関しては、比較的大きな長さ（面積）が許容される。このような理由により、各々の装置は、通路に面して幅が狭く奥行き方向に長さが長い細長形状にされることが多い。
【００３２】
水処理やパルプ漂白分野で、この平板積層型オゾン発生装置を大容量のオゾン装置として採用する場合、ガス圧力に対して十分強度のある容器にしなければならない。そして、放電セルの電極形状は細長矩形状にして電極面積を確保し、オゾン発生器を形成する容器においては、径が小さく筒状の容器の方が、圧力強度を強くすることができ、また、装置を軽くすることができ、さらに安価にすることができる。
【００３３】
このように、本願発明のオゾン発生器を内蔵する平板積層型オゾン発生装置は、一般に細長矩形形状とされることを要求される。一方、平板積層型オゾン発生装置は、オゾン発生器１００の発生オゾンの大容量化を図る目的で、容積を最大に大きくすることを要求される。このような２つの要求から、平板積層型オゾン発生装置は、許容空間内で最大に広がる直方体形状とされ、さらに詳細には、水平面内において、断面細長長方形状とされることが理想である。
【００３４】
図１はこの発明のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置の概略の断面図である。図２は図１の平板積層型オゾン発生装置を上方から見た図である。図１及び図２において、平板積層型オゾン発生装置は、オゾンを発生させる要部構成としてのオゾン発生器１００と、このオゾン発生器１００に電力を供給するオゾントランス２００及び高周波インバータ３００から構成されている。
【００３５】
高周波インバータ３００は、入力電源４０４から入力された電力を必要な周波数に変換してインバータ出力ケーブル４０３に出力する。オゾントランス２００は、オゾントランス自身のインダクタンスで負荷の力率を改善し、この電力を所定の電圧まで昇圧させ、オゾン発生に必要な電力として高電圧ケーブル４０１を介してオゾン発生器１００に供給する。高電圧ケーブル４０１は、高圧ブッシング１２０を貫通して、後述するオゾン発生器１００内の高圧電極３に電気的に接続されている。高周波インバータ３００は、電流／電圧を制御する機能を有しオゾン発生器１００に供給する電力注入量を制御する。
【００３６】
オゾントランス２００から供給される高電圧は、高電圧ケーブル４０１から高圧ブッシング１２０を通してオゾン発生器１００の高圧電極３に供給される。一方、オゾントランス２００から供給される低電圧は、低電圧ケーブル４０２から基台２４を介して低圧電極７に供給される。
【００３７】
オゾン発生器１００は、複数の電極モジュール１０２が積層されて構成されている。１つの電極モジュール１０２は、第１の電極としての低圧電極７及び第２の電極としての高圧電極３を有している。電極モジュール１０２の構造においては、後で詳細に説明する。所定の個数の電極モジュール１０２が基台２４上に図１の上下方向に積層されてオゾン発生器電極１０１が構成されている。積層された複数の電極モジュール１０２は、最上部の電極モジュール１０２に重ねて設けられた電極押え板２２と、電極押え板２２及び各電極モジュール１０２を貫通する締め付けボルト２１ａによって、所定の締め付け力で基台２４に締着されている。この締め付け力については後述する。
【００３８】
オゾン発生器電極１０１は、発生器カバー１１０で覆われている。発生器カバー１１０は一面を削除した概略の箱状を成し開口周縁部に設けられたフランジをカバー締付けボルト２６で基台２４に締着されている。発生器カバー１１０の開口周縁部と基台２４との間には、Ｏリングが挟まれており発生器カバー１１０と基台２４とが形成する内部空間は密閉構造とされている。
【００３９】
基台２４には、この内部空間に、窒素、炭酸ガス等が微量含まれた酸素ガスを供給する酸素ガス入口１３０が設けられている。酸素ガス入口１３０から供給された酸素ガスは、発生器カバー１１０内に充満され、後述する放電領域の間隙に入り込む。基台２４には、後述する放電領域にて生成されたオゾンガスをオゾン発生器１００から外部に出すオゾンガス出口１１と電極モジュール１０２を冷却する冷却水が出入りする冷却水出入口１２が設けられている。つまり、オゾンガス出口１１は、基台２４に設けられたオゾンガス通路８の端部開口であり、冷却水出入口１２は、基台２４に設けられた冷却水通路９の端部開口である。
【００４０】
このような構成の平板積層型オゾン発生装置において、本発明は特にオゾン発生装置の要部であるオゾン発生器１００に関するものであり、詳細には、オゾン発生器１００の大容量化、装置のスペースファクター改善の目的で、オゾン発生器１００を矩形形状にし、このオゾン発生器１００の矩形化にともなう、電極モジュール１０２内の高圧電極、誘電体板、低圧電極のそれぞれの形状、冷却構造、オゾンガス取出し構造に関するものであり、さらには、効率よくオゾンを生成するための形状及び発生器のコンパクト化、製造コスト低減、軽量化および容器の圧力強度増大を図るための容器の密閉方法、容器形状等の構造と発生器を複数個設置した大容量オゾン発生器の構造に関するものである。
【００４１】
図３はこの発明の実施の形態１のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の模式的な詳細断面図である。図４は図３のＥ部分の拡大図である。図３及び図４において、オゾン発生器電極１０１は、第１の電極としての平板状の低圧電極７と、低圧電極７の主面に対向する第２の電極としての平板状の高圧電極３と、低圧電極７と高圧電極３との間に設けられた平板状の誘電体板５及び積層方向に厚さの薄い放電領域を形成するためのスペーサ１３とを有する。１つの電極モジュール１０２は、高圧電極３、低圧電極７、誘電体板５、及びスペーサ１３を組合せ、後で述べる放電領域を形成している。そして、この電極モジュール１０２が多段に積層されてオゾン発生器電極１０１が構成されている。
【００４２】
オゾン発生器電極１０１は、低圧電極７と高圧電極３との間に交流電圧を印加され、酸素ガスを含んだガス（原料ガス）が注入された放電領域に放電を生じさせオゾンガスを発生させる。図１に示したオゾントランス２００から高圧ブッシング１２０を介して高圧電極３の給電端子４に電力が供給される。高圧電極３は、ステンレス、アルミ等の金属で作製されている。誘電体板５の主面は、後述する導電性膜を介して高圧電極３に密着している。誘電体板５は、セラミック、ガラス、シリコン等の材料で作製されている。誘電体板５と低圧電極７との間には、スペーサ１３によって放電領域が形成されている。本実施の形態においては、放電領域は、図２に破線で示される６つの放電領域２７ａ〜２７ｆに分割されている。各放電領域２７ａ〜２７ｆは、４角が丸くされた概略正方形状に形成されており、図１の発生器カバー１１０に充満された原料ガスは、図２中破線矢印で示すように各放電領域の全周囲から各放電領域中心方向に向かって進入する。
【００４３】
そして、高圧電極３と低圧電極７との間に交流・高電圧を印加することで、放電領域２７ａ〜２７ｆに流れる原料ガスをオゾンに変換する。各放電領域２７ａ〜２７ｆでオゾン化酸素に変換されたオゾンガスは、後述するオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆから低圧電極７の内部に入り、低圧電極７内に設けられたオゾンガス通路８を経由してオゾンガス出口１１に導かれる。
【００４４】
低圧電極７は、ステンレス鋼板等からなる４枚の金属板を接合して板間にオゾンガス通路８を形成した薄板状の導電性剛体である。低圧電極７には、オゾンガス通路８以外にオゾン発生効率を上げるための冷却水通路９が設けられている。そして、この冷却水通路９に冷媒としての冷却水を流すことで、放電領域２７ａ〜２７ｆ内のガス温度を下げる。
【００４５】
低圧電極７内に形成されたオゾンガス通路８は、マニホールドブロック２３に形成されたオゾンガス通路８を経由して基台２４に設けられたオゾンガス出口１１に連通している。一方、低圧電極７に形成された冷却水通路９はマニホールドブロック２３に形成された冷却水通路９を経由して基台２４に設けられた冷却水出入口１２に連通している。
特に図示はしないが、低圧電極７とマニホールドブロック２３あるいは基台２４間における冷却水の水密対策としてＯリング等のガスケット材が挟み込まれている。また、オゾンガスの気密対策としてもＯリング等のガスケット材が挟み込まれている。
【００４６】
低圧電極７、高圧電極３、誘電体板５、スペーサ１３からなる電極モジュール１０２は、各構成要素を貫通する締め付けボルト２１ａによって、電極押え板２２と基台２４との間で締着されて固定されている。
【００４７】
次に、低圧電極７の構造を詳細に説明する。図５は低圧電極の上面図である。図６は図５のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。図７は図５のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。図８は図５のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図である。図９は図５のＤ−Ｄ線に沿う矢視断面図である。
低圧電極７は、耐オゾン性の高い金属材質で作製され、大面積を確保する目的で、発生器カバー１１０の水平断面内に全域に広がる概略矩形（長方形）平板状の形状を成している。
【００４８】
低圧電極７は、主面が電極を成し内部にオゾンガス通路８及び冷却水通路（冷媒通路）９が形成された矩形平板状の低圧電極放電部７００と、低圧電極放電部７００の一側の辺の側部に設けられオゾンガス通路８のガス取出口８ａ及び冷却水通路９の冷却水入口（冷媒入口）９ａ、冷却水出口（冷媒出口）９ｂが形成された入出部７１０とを有する。低圧電極放電部７００内に設けられた冷媒通路としての冷却水通路９は、冷媒としての冷却水が低圧電極放電部７００の全体をくまなく巡るように低圧電極放電部７００の全体に渡って形成されている。
【００４９】
低圧電極放電部７００は、高圧電極３、誘電体板５、及びスペーサ１３とともに電極モジュール１０２を構成し、基台２４上に積層され、締め付けボルト２１ａによって締着されている。一方、入出部７１０は、高圧電極３、誘電体板５、及びスペーサ１３が作る積層方向の高さを補間するために、隣り合う上下間に各々マニホールドブロック２３を挟んで積層され、締め付けボルト２１ｂによって締着されている。このマニホールドブロック２３には、積層方向に延びるオゾンガス通路８と冷却水通路９とが形成されている。
【００５０】
低圧電極放電部７００と入出部７１０との間には、くびれ部７２０が設けられている。くびれ部７２０は、低圧電極放電部７００と入出部７１０とが、それぞれ締め付けボルト２１ａと締め付けボルト２１ｂで締着される際に、低圧電極放電部７００と入出部７１０のいずれかで発生する変形が、他方の締着力に影響を与えないよう剛性の小さな部分として形成されている。
【００５１】
すなわち、低圧電極放電部７００は、高圧電極３、誘電体板５及びスペーサ１３とともに、締め付けボルト２１ａによって、所定の締め付け力で基台２４に締着されているが、この締め付け力は、非常に薄い隙間である放電領域２７ａ〜２７ｆの高さ（厚さ）を正確に管理する目的で非常に繊細に管理されている。
【００５２】
一方、入出部７１０は、マニホールドブロック２３とともに締め付けボルト２１ｂによって、基台２４に締着されている。入出部７１０とマニホールドブロック２３とは、高度な寸法管理により作製されているが、作製誤差はゼロにはできない為、理想の高さとの間には若干の誤差が発生する。
【００５３】
そして、低圧電極放電部７００、高圧電極３、誘電体板５及びスペーサ１３を積み上げたことによって発生する累積誤差と、入出部７１０とマニホールドブロック２３とを積み上げたことによって発生する累積誤差の相対的な差が原因で、低圧電極放電部７００と入出部７１０との間に曲げ応力が発生するが、この曲げ応力を吸収する目的で、両者の間に剛性の小さなくびれ部７２０が設けられている。この剛性の小さなくびれ部７２０によって、低圧電極放電部７００と入出部７１０とは、互いに他に対して応力を及ぼすことがない。
【００５４】
低圧電極放電部７００の上下の両主面には、上述のオゾンガス通路を中心とした径方向の流速分布を略均一化する目的で、低圧電極放電部７００面の放電領域内に各々６つのオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆが穿孔されている。その穿孔された６つの孔にそれぞれ均等にオゾンガスが流れ込むことで低圧電極放電部７００面のオゾン発生量が均一化され、高濃度のオゾンを得ることができ、オゾンガスの取出し効率が良くなる。さらに６つのオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆに加え、オゾンガス取出孔の周りで高圧電極を６つに分割することで、放電領域を分散させ、各放電領域の周囲から流れ込む原料ガスの均等化を図る。本実施の形態においては、上述のように、６つの放電領域２７ａ〜２７ｆに分けられている。そして、６つの放電領域２７ａ〜２７ｆの略中央部に位置するようにオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆが設けられており、各放電領域２７ａ〜２７ｆで発生したオゾンガスは、このオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆから低圧電極７内に吸い込まれる。オゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆから低圧電極７内に進入したオゾンガスは、低圧電極７内に形成されたオゾンガス通路８によって、低圧電極７内で１つに合流され入出部７１０に形成されたオゾンガス通路８に向かう。
【００５５】
低圧電極７は、図６から図９に示されるように２枚の第１の金属電極７ａと、２枚の第２の金属電極７ｂの合計４枚の金属電極が張り合わされて作製されている。各々の金属電極７ａ、７ｂの片側主面には、予めハーフエッチングもしくは機械加工によって深さ数ｍｍの断面コ字型の溝が多数本形刻されている。そして、まず、２枚の第１の金属電極７ａが溝を向き合うように貼り合わせられて作製され内部にオゾンガス通路８が形成され、続いて、２枚の第２の金属電極７ｂが、溝が形成された面を各々電極７ａの外側面に向けて貼り合わせられて冷却水通路９が形成される。これらの４枚の金属電極７ａ、７ｂはロウ付け或いはホットプレス等で重ね合わせて接合され内部が機密構造とされる。
【００５６】
また、入出部７１０には、積層方向に延びるオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成されている。ここで冷却水通路９は、冷却水入口（冷媒入口）９ａと冷却水出口（冷媒出口）９ｂとに分かれて設けられている。冷却水入口９ａ及び冷却水出口９ｂに連通する冷却水通路９は、図５に点線で示されるように低圧電極７の内部において、ほぼ全体にわたって形成されている。すなわち、冷却水通路９は、矩形平板状の低圧電極放電部７００に中央部から外周部まで全体にわたって同心状に複数形成されている。尚、隣り合う同心状の冷却水通路９は、幅の細いリブにて仕切られている。冷却水は、この冷却水通路９を図５中の破線矢印で示されるように流れる。
【００５７】
一方、低圧電極放電部７００の内部に形成されるオゾンガス通路８は、入出部７１０に形成された積層方向に延びる通路から低圧電極放電部７００の内部に枝状に分岐して延び、枝の先端で両側主面に形成されたオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆに連通している。このオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆは、低圧電極放電部７００を６等分し、その６等分した領域領域２７ａ〜２７ｆのそれぞれ中心に設けている。この６等分した放電領域ではそれぞれ中心に設けたオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆに向けて原料ガスが流れることとなり、周囲から略均一のガスがオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆへ流れ込む。そして、低圧電極７に形成されたオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆと枝状のオゾンガス通路８は、複数の放電領域２７ａ〜２７ｆで発生したオゾンガスを集合させて取出す集合取出手段を構成している。本実施の形態では低圧電極放電部を６等分し、それに伴いオゾンガス取出し孔を２８ａ〜２８ｆの６つ設けたものを示したが、低圧電極放電部７００を２以上のｎ等分し、ｎ個のオゾンガス取出し孔を設けても良い。
【００５８】
入出部７１０に形成された積層方向に延びるオゾンガス通路８及び冷却水通路９は、マニホールドブロック２３に設けられたオゾンガス通路及び冷却水通路と各々直線状となるようにつながり、最終的に基台２４に設けられたオゾンガス出口１１及び冷却水出入口１２につながっている。
【００５９】
発生したオゾンガスは、複数の放電領域２７ａ〜２７ｆの中央部から低圧電極放電部７００内に設けられたオゾンガス通路８を通って合流し、入出部７１０に設けられた積層方向に延びるオゾンガス通路８に至る。一方、低圧電極放電部７００内の全体を流れる冷却水は、入出部７１０の冷却水入口穴９ａから低圧電極７に入り、低圧電極放電部７００の全面を冷却し、入出部７１０の冷却水出口穴９ｂへ抜ける。
【００６０】
低圧電極７の一側の辺の側部に設けられた入出部７１０のオゾンガス通路８と冷却水通路９の通路集合構造は、入出部７１０の上下に隣接して設けられたマニホールドブロック２３に同じように形成された通路集合構造と協同して、積層方向に直線状に延びるオゾンガス通路８と冷却水通路９を形成し、この協同して形成されたオゾンガス通路８と冷却水通路９は、基台２４に設けられたオゾンガス出口１１及び冷却水出入口１２につながっている。
【００６１】
このように本実施の形態においては、低圧電極７及びマニホールドブロック２３内にオゾンガス通路８と冷却水通路９とを形成することにより、従来用いられていた集合継手及び配管部材を無くし、これら継手、配管部材によるスペースを削減することによりコンパクトで簡素化したオゾン発生器を実現している。
【００６２】
また、本実施の形態においては、低圧電極７をエッチングもしくは機械加工によって数ｍｍ以内で凹凸加工した４枚の金属板を貼り合わせることで気密流通空間を構成し、オゾンガス通路８及び冷却水通路９とを気密分離させて形成したので、低圧電極７の厚みを薄くすることができ、装置の小型化を図ることができる。また、冷却水及びオゾンガス取出し用配管が不要となるため、組立て、分解が簡単に行え、安価なオゾン発生器を提供することができる。
【００６３】
尚、本実施の形態においては、４枚の金属電極７ａ、７ｂが接合されて低圧電極７が作製されているが、４枚以上の電極が接合されて内部にオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成されるようにしても良い。
【００６４】
また、本実施の形態においては、低圧電極７と誘電体板５との間に放電領域２７ａ〜２７ｆを設け、低圧電極７内にオゾンガス通路８を形成しているが、高圧電極３と誘電体板５との間に放電領域を設け、高圧電極３内にオゾンガス通路を形成しても良い。
【００６５】
尚、本実施の形態は、高圧電極３と低圧電極７との間に無声（誘電体バリヤー）放電に必要な誘電体板５を設け、そしてこの誘電体板５と低圧電極７との間にスペーサを配置して放電領域２７ａ〜２７ｆを設けている。しかし、高圧電極３と誘電体板５との間にスペーサを配置して放電領域２７ａ〜２７ｆを設けても良い。
【００６６】
図１０は高圧電極の上面図、図１１は高圧電極の正面図、図１２は高圧電極の側面図である。高圧電極３は、ステンレス鋼板等の導電性薄板からなり、その一部は給電端子４として突出している。高圧電極３は、矩形平板状の材料から不要な部分が機械加工により削除されて片側面に６つの扁平状の凸部３ａ〜３ｆが形成されている。つまり、両側面で１２個の凸部３ａ〜３ｆが形成されている。凸部３ａ〜３ｆの頂面の平坦部に電極面が形成されている。上述の６つの放電領域２７ａ〜２７ｆは、一つにはこの高圧電極３の６つの凸部３ａ〜３ｆに基づいて形成されている。
【００６７】
各々の凸部３ａ〜３ｆは、４角が丸くされた概略正方形状に形成されている。６つの凸部のうち４個の凸部３ａ、３ｃ、３ｄ、３ｆは、高圧電極３の四隅に２辺を一致させて形成されている。他の２個の凸部３ｂ、３ｅのうち、凸部３ｂは、凸部３ａ、３ｃの間に設けられている。また、凸部３ｅは、凸部３ｄ、３ｆの間に設けられている。隣り合う凸部は各々所定の間隔だけ離されている。この間隔においては、後で言及する。
【００６８】
各々の凸部３ａ〜３ｆの主面は、同一の平面上に存在するように形成され、且つ各々高精度の平坦度を有するように形成されている。図１１の正面図及び図１２の側面図から解るように、各々の凸部３ａ〜３ｆの外周部は、断面円弧状に面取りされて滑らかな形状とされている。
【００６９】
矩形平板状の高圧電極３の一側の辺には、給電端子４が突設されている。給電端子４は、凸部３ａ〜３ｆと同じように、機械加工によって削りだされて形成されても良いし、また、小さな板状部材片が溶接、ネジ止め等によって接合されて形成されても良い。
【００７０】
上述の６つの放電領域２７ａ〜２７ｆは、凸部３ａ〜３ｆが形成されている領域に発生する。凸部３ａ〜３ｆ水平面内長手方向の辺の長さとこれに直交する辺の長さの比（水平面内の縦横比、すなわちアスペクト比、以後アスペクト比と称する）は、概ね１：１とされている。すなわち、概略正方形状とされている。そのため、上述６つの放電領域２７ａ〜２７ｆのアスペクト比も概ね１：１となる。アスペクト比を１：１とする放電領域の中心にオゾンガス取出し孔を設ければ、オゾンガス取出し孔を中心とする径方向のガスの流れ込みを均一とすることができる。
【００７１】
放電領域のアスペクト比を種々変えながらオゾン濃度及びオゾン発生効率を測定した結果、アスペクト比が１．５：１．０以内であれば、オゾンガス取出し孔を中心とする径方向のガス流れ込み時のガス流速Ｖ（または流量Ｑ）の分布が水平面内の縦横方向で大きな差がないものとなる。その結果、オゾン濃度及びオゾン発生効率を８０％以上確保できることが確認され、その他、顕著な性能低下は見られなかった。一方、アスペクト比が１．５：１．０をこえると、顕著にオゾン濃度及びオゾン発生効率の低下が見られ、面積増加の効果が少なくなることが確認された。
【００７２】
一般に、放電領域が１つの大きな面積のものにされると、放電領域の中央部と周辺部とで放電電力密度のバラツキが大きくなり、オゾン濃度及びオゾン発生効率が低下する。ここで、所定のオゾン濃度及びオゾン発生効率を得ることができる放電領域の面積である最大許容放電面積について言及する。放電領域がこの最大許容放電面積より小さいと、オゾン濃度及びオゾン発生効率が良くなり、一方、放電領域がこの最大許容放電面積より大きいと、オゾン濃度及びオゾン発生効率が極端に悪くなり、装置は所定の性能を維持することができない。
【００７３】
最大許容放電面積は、放電領域の形状（アスペクト比）によって多少ことなる。形状の変化にともない、最大許容放電面積が最大となるのは、放電領域の中央部にオゾンガス取出孔があり、かつ放電領域が円形の場合である。放電領域が円形であると、原料ガスが円周の周囲から入り、中央部に設けたオゾンガス取出孔へと流れ、原料ガスの流れが放電領域の周囲のどこから入っても均一となるためである。
【００７４】
長方形の放電領域の場合、たとえ最大許容放電面積以下の場合でも、アスペクト比が悪くなれば、放電領域でのオゾンガス取出し孔を中心とする径方向のガスの流れ込みの流れが不均一となり、ガス流れの遅い部分では放電空間のガス温度が上がりオゾン発生能率が低下する。そして、装置全体のオゾン発生性能が悪くなる。
【００７５】
最大許容放電面積は、以下の式によって求めることができる。すなわち、
最大許容放電面積Ｓ０［ｃｍ^２］は、
放電領域のギャップ長をｄ［ｃｍ］、
放電ガス圧力をＰ［ＭＰａ］、
（Ｐ［ＭＰａ］＝７５００（０．１＋Ｐ）［Ｔｏｒｒ］＝ｐ［Ｔｏｒｒ］）
放電電圧をＶｐ［Ｖ］、（尚、放電波形は交流であり、ここで言う放電電圧は交流波形のピーク値を示すので符号としてＶｐを用いる。）
放電電力密度をＷ［Ｗ／ｃｍ^２］
としたとき、
【００７６】
Ｓ０＝（Ａ×ｄ×Ｐ×Ｖｐ）／Ｗ　　　　　　　（式１）
Ａ：比例定数
【００７７】
の式により求めることができる。
ここで、Ａは放電領域の形状（アスペクト比）によって決まる比例定数であり、放電領域の形状によって、１０〜３０程度の範囲で変化する。
【００７８】
そして、本実施の形態の放電領域２７ａ〜２７ｆに関しては、
放電領域のギャップ長が０．０１［ｃｍ］、
放電ガス圧力が０．２５［ＭＰａ］、
放電電圧が５０００［Ｖ］、
放電電力密度が１［Ｗ／ｃｍ^２］
とされている。ここで、比例定数を仮に２０とすれば、最大許容放電面積Ｓ０は、
【００７９】
Ｓ０＝（２０×０．０１×０．２５×５０００）／１．０＝２５０ｃｍ^２
【００８０】
となり、２５０ｃｍ^２と求められる。この最大許容放電面積Ｓ０以内にすることに加え、オゾン装置の全体構成に基づき、本実施の形態の各々１つの放電領域２７ａ〜２７ｆの面積Ｓは７５ｃｍ^２（φ２００）としている。この面積の設定は、一つには、高圧電極３の凸部３ａ〜３ｆの面積Ｓを７５ｃｍ^２とすることにより、設定されている。尚、放電領域２７ａ〜２７ｆの面積Ｓは、この高圧電極３の凸部３ａ〜３ｆの面積に基づく他に、後で詳しく述べる誘電体板の表面に形成された導電性膜の面積にも関係する。
【００８１】
上述したように、誘電体バリヤー放電（無声放電）においては、一般的には放電電圧の増大に比例して電極面で均一に電力密度が大きくなる放電であるが、実際には放電ギャップ形成時の寸法誤差等が原因で、放電領域のより間隔の小さい部分から放電が始まり、この間隔の小さい部分において電力密度が高くなる。そして、放電領域が大きくなると、電極面での電力密度分布において較差が大きくなり、オゾン発生能力低下の原因になる。放電領域が１つの大きな面積のものにされると、放電領域の中央部（一般に、放電領域において間隔の最も小さい部分となることが多い）と周辺部とで放電電力密度の較差が大きくなってしまう。また、放電領域が１つの大きな面積のものにされると、矩形の電極の形状によっては、アスペクト比が１：１より大きく離れた値となってしまう。この放電電力密度とアスペクト比の理想から離れた値は、オゾン発生効率の低下やオゾン濃度の低減を生み出す原因となる。
【００８２】
この問題を解消するために、本実施の形態においては、放電領域を６つの放電領域２７ａ〜２７ｆに分けている。上述の高圧電極３に設けられた６つの凸部３ａ〜３ｆは、この放電領域２７ａ〜２７ｆに対応している。本実施の形態においては、このようにして１つの放電領域を最適放電面積Ｓ０以内に制限し、また、最適放電領域のアスペクト比を一定値以内に確保し、さらにオゾンガス取出し孔の位置を分散して配置している。
【００８３】
上述の最大許容放電面積Ｓ０の関係式（式１）において、放電電圧Ｖｐは、以下の式によって求めることができる。すなわち、
放電電圧Ｖｐは、
放電領域ギャップ長を」ｄ［ｃｍ］、
放電ガス圧力をｐ［Ｔｏｒｒ］
としたとき、
【００８４】
Ｖｐ＝Ｂ×ｐ×ｄ　　　　　　　　　　　（式２）
Ｂ：比例定数
【００８５】
の式により求めることができる。
ここで、Ｂは放電電圧値へ換算するための比例定数で、実際の値は１８８程度であるが、放電ガス種、電極の材質によって若干異なる。
【００８６】
ここで上述の式１を放電領域ギャップ長をｄ［ｃｍ］と放電ガス圧力をｐ［Ｔｏｒｒ］を使って書き換えると、
【００８７】

【００８８】
となる。
放電領域ギャップ長ｄの最小値０．００１ｃｍは、電極面の機械工作精度で決まる値であるが、電極面を加工誤差±１０μｍ以下で製作すれば、電極の加工コストが増大する要因になり、一方、放電領域ギャップ長ｄを０．００１ｃｍとし電極面の加工誤差を±１０μｍ以上にすると、放電ギャップの精度が±１０％以上になり、放電ギャップのバラツキによるオゾン性能の低下をまねく。
【００８９】
図１３は積ｐ×ｄのと放電電圧の関係を示す特性図である。また、図１４は放電電圧と高電圧の絶縁距離との関係を示す特性図である。また、図１５は積ｐ×ｄの値を可変した場合の積ｐ×ｄと放電セルの容積比との関係の１例を示す特性図である。図１６は放電電力密度を可変した場合の放電電力密度の放電セルの容積比との関係の１例を示す特性図である。各図とも実装置を測定して或いは測定した値から演算して得られたデータに基づくものであり、各図とも黒四角で示された領域は、それぞれ効率の良い領域である。
【００９０】
放電領域ギャップ長ｄの増加や放電ガス圧力ｐの増加は、積ｐ×ｄの値を大きくすることとなり、図１３に示すようにオゾンを発生させるための放電電圧が高くなってしまう。また、放電電圧が高くなると、図１４に示すように装置内での絶縁距離を大きく確保しなければならなくなり、そのためオゾン装置の容積が大きくなり、電源も大きなものが必要となる。
【００９１】
また、図１５は放電電力密度を一定にして積ｐ×ｄの値を変えた場合の放電セルの容積比を絶縁距離の確保を考慮して概算算出したグラフである。積ｐ×ｄの値が例えば２０Ｔｏｒｒ・ｃｍから５０Ｔｏｒｒ・ｃｍになると、放電セルの容積比が２．５倍になり、放電電圧Ｖｐも９．５ｋＶ以上になる。そして、それ以上になると、高電圧の規制や高圧力容器の規制等の制約条件が発生し、製作コストが大幅に増大する要因になる。
【００９２】
また、図１６は積ｐ×ｄの値を一定にして放電電力密度を変えた場合の放電セルの容積比を概算算出したグラフである。放電電力密度が０．３Ｗ／ｃｍ^２から４Ｗ／ｃｍ^２になると、放電セルの容積比を約０．３倍に低減できる。また、放電電力密度は電極の冷却能力に依存しており、４Ｗ／ｃｍ^２以上の放電になると、放電部のガス温度が急激に高くなり、オゾンの発生性能を急激に悪くするため、所定のオゾン発生量を確保することが困難になる。そして、図１６から解るように１Ｗ／ｃｍ^２〜３Ｗ／ｃｍ^２の範囲が最も装置として効率の良い領域であることが解る。
【００９３】
以上のように実際の装置における知見から本実施の形態のオゾン発生器においては、放電領域ギャップ長ｄ、放電ガス圧力ｐ、両者の積ｐ×ｄ、および放電電力密度Ｗは、装置の大きさ、容積率、経済性を考慮すると、図１３から図１６の黒四角で示された領域、つまり以下の表１の範囲から選択されることが望ましい。
【００９４】

【００９５】
上述の式３と表１の範囲から最大許容放電面積を演算すると、以下の条件を導き出すことができる。
【００９６】
放電領域ギャップ長ｄ　　０．０６［ｃｍ］以下
積ｐ×ｄ　　　　　　　　５０［Ｔｏｒｒ×ｃｍ］以下
放電電力密度Ｗ　　　　　０．３［Ｗ／ｃｍ^２］以上
であり、このときの最大許容放電面積は、
最大許容放電面積Ｓ０　　３０３８［ｃｍ^２］以下
となる。
【００９７】
これを実験によって検証すると、例えば、
放電領域ギャップ長ｄ　　０．０６［ｃｍ］以下
積ｐ×ｄ　　　　　　　　５０［Ｔｏｒｒ×ｃｍ］以下
放電電力密度Ｗ　　　　　０．３［Ｗ／ｃｍ^２］以上
最大許容放電面積Ｓ０　　３０００［ｃｍ^２］以下
【００９８】
のとき、オゾン発生効率が８０％であった。一方、この条件が崩れると、顕著にオゾン濃度及びオゾン発生効率の低下が見られた。つまり、面積増加の効果が少なくなることが確認された。
【００９９】
図１７は誘電体板の上面図、図１８は誘電体板の正面図、図１９は誘電体板の側面図である。オゾン発生装置は、オゾン発生器１００の大容量化、及び装置のスペースファクターを良くするため、矩形断面の外形にされている。誘電体板５はガラスもしくはセラミック等の材質で作製され、大面積を確保する目的で、発生器カバー１１０の水平断面内に全域に広がる概略矩形（長方形）平板状の形状を成し、高圧電極３を両側から挟み込む構成とされている。
【０１００】
誘電体板５は矩形平板状を成し、高圧電極３と接触する側の面に６つの導電性膜５ａ〜５ｆが形成されている。各々の導電性膜５ａ〜５ｆは、４角が丸くされた概略正方形状に形成されている。つまり、各々の導電性膜５ａ〜５ｆは、アスペクト比が概ね１：１にされている。各々の導電性膜５ａ〜５ｆは、高圧電極３の凸部３ａ〜３ｆに対応した位置に設けられ、この凸部３ａ〜３ｆと概略同じ形状とされている。隣り合う導電性膜は各々所定の間隔だけ離されている。各々の導電性膜５ａ〜５ｆの主面は、同一の平面上に存在するように形成され、各々高精度の平坦度を有するように形成されている。また、隣り合う導電性膜の間には、原料ガスが各々放電領域２７ａ〜２７ｆに均等に流れるように大小の原料ガス均等供給孔５ｇ、５ｈが穿孔されている。
【０１０１】
この導電性膜５ａ〜５ｆの大きさも、上述した６つの放電領域２７ａ〜２７ｆの大きさに関係する。すなわち、６つの放電領域２７ａ〜２７ｆの大きさは、高圧電極３の凸部３ａ〜３ｆの大きさと、この導電性膜５ａ〜５ｆの大きさとによって決まる。
【０１０２】
このようにして誘電体板５の表面に直接導電性膜５ａ〜５ｆを形成し、この導電性膜５ａ〜５ｆを介して誘電体板５と高圧電極３と接触する。すなわち、高圧電極３の凸部３ａ〜３ｆと誘電体板５の導電性膜５ａ〜５ｆとが接触する。このような構成とすることで、高圧電極３の凸部３ａ〜３ｆの表面と導電性膜５ａ〜５ｆの表面との間で一部分の接触不良があっても、導電性膜５ａ〜５ｆと高圧電極３の電位は同電位となり、一部分の接触不良による不正放電が発生することが無くなり、オゾン発生器１００の効率低下が防止され、オゾン発生装置の寿命も長くなる。
【０１０３】
誘電体板５の導電性膜５ａ〜５ｆが形成された面と反対側の面、すなわち、誘電体板５の低圧電極７側（放電領域側）面に放電領域２７ａ〜２７ｆを形成する為のスペーサ１３が設けられている。スペーサ１３は、アスペクト比が１：１の非常に薄い空間を形成する。本実施の形態においては、スペーサ１３は、０．１ｍｍ厚の細長い棒状または円板状を成している。スペーサ１３は、例えば、板状の誘電体板５を機械加工して周囲を削ることにより、スペーサ１３が相対的に凸形状に削り出されることにより形成されている。このように、誘電体板５とスペーサ１３とを１つの材料から一体に削りだすことにより、誘電体板５とスペーサ１３を別々に作製して接合する手順と較べ、スペーサ１３単体の部品が無くなり部品点数が減り、さらに、スペーサ１３の位置決め工程が不要になりオゾン発生器の組立が容易になる。
【０１０４】
以上のように、両主面に各々６つの凸部３ａ〜３ｆが形成された高圧電極３の両側に、一側面に導電性膜５ａ〜５ｆが形成され他側面にスペーサ１３が設けられた２枚の誘電体板５が、各々凸部３ａ〜３ｆに導電性膜５ａ〜５ｆを接触させて高圧電極３を挟み込むように配置され、さらにその両面に各々低圧電極７が配置されている。そして、誘電体板５と低圧電極７との間にスペーサ１３によって６つの放電領域２７ａ〜２７ｆ形成される。そして、このように重ねられた高圧電極３、低圧電極７、誘電体板５、及びスペーサ１３によって、電極モジュール１０２が構成され、この電極モジュール１０２が複数積層され、一方、低圧電極７の入出部７１０の上下間にマニホールドブロック２３それぞれ配置され、これらが締め付けボルト２１ａ、２１ｂによって、所定の締め付け力で基台２４に締着されている。
【０１０５】
次に動作について説明する。高圧電極３と低圧電極７に交流・高電圧を印加すると、放電領域２７ａ〜２７ｆで無声（誘電体バリヤー）放電が発生する。このとき、放電領域２７ａ〜２７ｆに酸素ガスを含むガス（原料ガス）を通すと酸素が変換されオゾンが発生する。発生器カバー１１０に充満された原料ガスは、図２中破線矢印で示すように各放電領域２７ａ〜２７ｆの全周囲から中心方向に向かって進入する。酸素ガスは、低圧電極７と誘電体板５との間に形成された放電領域２７ａ〜２７ｆを通過し、その間にオゾンに変換される。本実施の形態においては、誘電体板５、高圧電極３及び両者間に形成された放電領域２７ａ〜２７ｆは、各々概略正方形状を成している。そして、原料ガスは正方形の全周囲から中心に向かって流れ放電領域２７ａ〜２７ｆでオゾンガス（オゾン化酸素ガス）となる。
【０１０６】
オゾンガスを効率よく発生させるには、非常に厚さの薄い空間である放電領域２７ａ〜２７ｆを精度良く保つ必要がある。電極モジュール１０２の積層体を、電極押え板２２と基台２４との間で、片側にマニホールドブロック２３を配置して積層方向に貫通する複数本の締め付けボルト２１ａ、２１ｂにより締め付けることにより、所定の空隙精度を得られるようにしている。
【０１０７】
そして、放電領域２７ａ〜２７ｆは、低圧電極７の表面に配置した放電領域作製用のスペーサ１３によって形成している。つまり、放電領域２７ａ〜２７ｆの厚さ（積層方向の高さ）は、この放電領域作製用のスペーサ１３で設定している。この放電領域作製用のスペーサ１３の高さを均一に加工すること及び締め付けボルト２１ａ、２１ｂで各電極モジュール１０２を所定の力で締め付けることで、放電領域２７ａ〜２７ｆの精度を確保している。
【０１０８】
オゾンガスを効率よく生成するもう一つの手段として、放電領域２７ａ〜２７ｆ内の温度を下げる方法がある。電極として高圧電極３と低圧電極７が設けられており、この両電極を水またはガス等で冷却する方法が考えられる。水とガスの冷却効果は水の方が大きいが、水を用いる場合、高圧電極３には高電圧が印加されるため、冷却水の電気伝導率を小さく（イオン交換水を用いる等）する必要がある。一方、ガスを用いる場合はその必要は無いが構造が複雑、騒音が大きい、または冷媒の熱容量が小さい等一長一短がある。
【０１０９】
本実施の形態においては、低圧電極７に隣接して放電領域２７ａ〜２７ｆが形成されており、低圧電極７内に冷却水通路９を設けることで、放電領域２７ａ〜２７ｆを冷却している。また、高圧電極３を冷却するため、低圧電極７内に冷却水通路９を設け、これにより高圧電極３の熱を逃がす構成にしている。高圧電極３で発生した熱は、冷却水でヒートシンクされた低圧電極７により冷却される。このように放電領域２７ａ〜２７ｆと高圧電極３とを同時に冷却することで、放電領域２７ａ〜２７ｆのガス温度を低く保つことができる。
【０１１０】
本実施の形態においては、低圧電極７に冷却水を流すことで、放電領域２７ａ〜２７ｆ内のガス温度を下げている。生成されたオゾンガスは、低圧電極７内のオゾンガス通路８を通り、低圧電極７の側部を通って、さらに積層された入出部７１０とマニホールドブロック２３とが形成するオゾンガス通路８を通って、基台２４に設けられたオゾンガス出口１１に至る。
【０１１１】
一方、冷媒としての冷却水は、基台２４に設けられた冷却水入口１２からオゾン発生器１００内に入り、積層された入出部７１０とマニホールドブロック２３とが形成する冷却水通路９を通り、入出部７１０の冷却水入口穴９ａから低圧電極７に入り、低圧電極放電部７００の全面を巡回した後、入出部７１０の冷却水出口穴９ｂを経て、入出部７１０とマニホールドブロック２３とが形成する冷却水通路９を通り、基台２４に設けられた冷却水出口１２から外へでる。
【０１１２】
そして、本実施の形態においては、高圧電極３を低圧電極７で冷却できる構成にしたので、低圧電極７に流す冷却水の電気伝導率を小さくする必要は無く、一般の水道水程度のものを使用することができる。そのため、冷却水を安価なものとすることができる。
【０１１３】
このようなことから、本実施の形態においては、放電領域２７ａ〜２７ｆの冷却効率を向上させ、また放電領域２７ａ〜２７ｆの温度を良好に下げることができる。これにより、オゾン発生効率を低下させずに放電電力密度を上げることができ、電極モジュール１０２の数の減少が可能となり装置の小型化及び低価格化を図ることができる。さらに、高圧電極３を低圧電極７を介して冷却するため、冷却水として電気伝導率の小さいイオン交換水等を使用せずに済み、一般の水道水程度の冷却水を用いることができる。そのため、電気伝導度の監視装置やイオン交換水の循環設備等が不要となり、装置構成点数の削減による低価格化や、維持費用の低減を図ることができる。
【０１１４】
本実施の形態においては、オゾン発生器１００のオゾン発生量（容量）を大きくするため、１つの電極モジュール１０２の放電面積を大きくし、さらにその電極モジュール１０２を多段に積層して大容量化を実現している。また、オゾン発生器１００のスペースファクターを改善させる観点から１つの電極モジュール１０２形状は長方形状にしている。
【０１１５】
このように、１つの電極モジュール１０２の面積を大きくすることに対応して、放電領域の面積も単純に大きくして電極モジュール１０２の全面に放電領域を形成しようとすると、中央部と周辺部で放電電力密度の差が大きくなってしまう。また、放電領域が大きくなると原料ガスを放電面で均等に流せなくなるなどの問題点が生じる。
【０１１６】
放電電力密度のバラツキや原料ガス流不均一の問題点が生じると、オゾン濃度が低下し、またオゾン発生効率が悪くなる。さらに、オゾン発生器１００のスペースファクターを良くしようとして電極形状を長方形の平板にすると、放電領域も長方形状となるため、アスペクト比が１：１から大きくずれることとなり、放電領域内でのガス流量分布がさらに悪化するので、さらにオゾン濃度が低下し、さらにオゾン発生効率が悪くなる。
【０１１７】
本実施の形態では、電極形状を長方形にし、１つの電極に対する放電領域を大きくしたが、高圧電極３に６つの凸部３ａ〜３ｆを形成することにより、この大きな放電領域を６つの小さな放電領域２７ａ〜２７ｆに分割し、各々の放電領域２７ａ〜２７ｆのほぼ中央の位置となる低圧電極７の主面にオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆを設けた。
【０１１８】
このような構成とすることにより、高圧電極３に６つの凸部３ａ〜３ｆに対向する部分の放電領域のみ放電が生じるため、１つの放電領域のアスペクト比と放電領域増大の問題を改善することができる。そして、原料ガスは、放電領域２７ａ〜２７ｆの全周囲から供給され、各領域の中央部の低圧電極７に設けられたオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆから取出される。そのため、各放電領域において、ほぼ均等に原料ガスを流せるようになる。
【０１１９】
１つの電極モジュール１０２から発生したオゾンガスは、低圧電極７の入出部７１０に積層方向に貫通して設けられたオゾンガス取出孔２８ａ〜２８ｆに集合してここから取出すことができ、また、低圧電極７を冷却する冷媒としての冷却水は、入出部７１０に設けられた冷却水入口穴９ａから供給され、低圧電極７内を循環して低圧電極７を冷却した後、入出部７１０に設けられた冷却水出口穴９ｂに戻る。
【０１２０】
本実施の形態においては、放電領域を６つの領域２７ａ〜２７ｆに分割するために、高圧電極３の隣り合う凸部３ａ〜３ｆ間の距離を約３ｍｍとした。また、誘電体板５の隣り合う導電性膜５ａ〜５ｆ間の距離も約３ｍｍとした。しかしながら、距離を種々に変更しながら実験をすると１．５ｍｍ以上開ければ十分でることが解った。一方、１．５ｍｍ以下にすると、隣り合う放電領域２７ａ〜２７ｆ間の空間で不正放電が発生した。そして、不正放電による電極の損傷やオゾン発生効率の低下等の不具合が生じた。
【０１２１】
本実施の形態においては、各放電領域２７ａ〜２７ｆの中央部から低圧電極７内に設けられたオゾンガス通路８を経由して低圧電極７の端部に設けられた入出部７１０からオゾンガスを取り出せるようにしている。そのため、各放電領域２７ａ〜２７ｆで発生したオゾンガスは、そのまま取出すことができ、従来装置のように、オゾンガス部と原料ガス部と隔てる構造を設ける必要がなく、従来装置におけるオゾンガスに原料ガスが混入して取出すオゾン濃度が低下するという「ガスのショートパス」現象を防ぐことができ、高濃度のオゾンガスを取出すことができる。
【０１２２】
また、第１の電極としての低圧電極７は、主面が電極を成し内部にオゾンガス通路８及び冷媒通路としての冷却水通路９が形成された矩形平板状の電極放電部７００と、電極放電部７００のいずれかの辺の側部に設けられオゾンガス通路８のガス取出口８ａ及び冷却水通路９の冷却水入口９ａ、冷却水出口９ｂが形成された入出部７１０とを有するので、オゾンガス取出し用の配管及び冷媒の供給・排出のための配管を簡素にすることができる。
【０１２３】
また、本実施の形態においては、平板状の第１の電極７と、第１の電極７の主面に対向する平板状の第２の電極３と、第１の電極７と第２の電極３との間に設けられた平板状の誘電体板５及び放電領域を形成するスペーサ１３とを有する電極モジュール１０２が複数積層され、第１の電極７と第２の電極３との間に交流電圧を印加され、原料ガスが注入された放電領域に放電を生じさせてオゾンガスを発生させ、第１の電極７は、放電領域に対向する電極面と側部との間に放電領域で発生したオゾンガスを取り出すオゾンガス通路８が形成され、オゾンガス通路８を中心とした径方向の流速分布を略均一化するため、第１電極の放電領域内に複数個のオゾンガス通路を分散配設し、複数個のオゾンガス通路８は、第１の電極７の内部にて各々の放電区間で発生したオゾンガスを集合させて取り出すので、オゾン発生性能を損なわずに放電領域を増大させることができ、１つの電極面に対して放電領域を増やしてもオゾン発生性能を損なわず且つ信頼性の高いものとすることができ、モジュールの積層構造を容易に構築することができ、オゾンガス取出し用の配管を簡素にすることができる。
【０１２４】
また、オゾンガス通路８を中心とした径方向の流速分布が略均一となるように、複数個のオゾンガス通路８に対応して、放電領域が第１の電極７と第２の電極３との間で複数個に分割されているので、オゾン発生性能を損なわずにさらに放電領域を増大させることができ、１つの電極面に対して放電領域を増やしてもオゾン発生性能を損なわず且つ信頼性の高いものとすることができ、電極面の平面精度を高精度に確保することができ、モジュールの積層構造を容易に構築することができ、オゾンガス取り出し用の配管を簡素にすることができる。
【０１２５】
実施の形態２．
図２０はこの発明のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置の他の例を示す概略の断面図である。図２１は図２０の平板積層型オゾン発生装置を上方から見た図である。本実施の形態においては、オゾン発生器１００は、大容量化を図るとともに、オゾン発生装置のスペースファクター良くする目的で、長方形断面の外形にされている。そして、本実施の形態においては、オゾン発生器１００に電力を供給するオゾントランス２００及び高周波インバータ３００がオゾン発生器１００と平行に設置されている。そのため、オゾン発生器１００は細長の矩形形状にされている。これにともない内部に収納される高圧電極３、低圧電極７、誘電体板５は、実施の形態１よりさらに、細長の矩形形状にされている。そのため、高圧電極３と低圧電極７に形成される放電領域は、３つの放電領域２７ａ〜２７ｃに分割されている。これにともない、高圧電極３に設けられる凸部や誘電体板５に設けられる導電性膜も３つに形成されている。
その他の構成は実施の形態１と同様である。
尚、図２１、図２２、図２７のオゾン発生装置の低圧電極の構造図については省略するが、冷却水の流れ方は、基本的には図５の流れ方と同様である。また、オゾンガス取り出し孔は、図５では低圧電極７内で通路が枝分かれして、先端部にオゾンガス取り出し孔２８ａ〜２８ｆが設けられた構造になっているが、図２１、図２２、図２７のオゾン発生装置の低圧電極のオゾンガス取り出し孔は、低圧電極の中心線に沿って設けられており、通路は低圧電極の中心線上に１本設けた構造とされている。図２１、図２２、図２７のオゾン発生装置の中心線上に３個が設けられているが、必ずしも中心線上に設ける必要はなく、例えば中心線上を離れて千鳥状に配置してもよい。
【０１２６】
本実施の形態の放電領域は、実施の形態１よりさらに細長の矩形形状にされ、３つの放電領域２７ａ〜２７ｃに分割されている。しかしながら、３つの放電領域２７ａ〜２７ｃのアスペクト比は、実施の形態１と同じように概略１：１にされている。そのため、オゾン発生効率の低下を防ぐことができ、オゾン濃度の低減を防ぐことができる。
【０１２７】
図２２は本実施の形態の他の例を示す図２０の平板積層型オゾン発生装置を上方から見た図である。図２１に示した装置は、放電領域を２７ａ〜２７ｃに３つに分割したものであるが、放電領域が細長く、オゾンガス取出し孔２８ａ〜２８ｃが１列で形成された場合は、図２２に示す装置のように放電領域を分割せずに、放電領域をアスペクト比がほぼ１となるように等分割すると仮定したときの各々の領域の中央にオゾンガス取出し孔２８ａ〜２８ｃを設けるのみで、オゾンガス取出し孔２８ａ〜２８ｃを中心とした径方向のオゾンガスの流速分布を略均一となるように流すことができる。そして、図２１の装置に対して遜色の無い性能を得ることができる。
【０１２８】
実施の形態３．
図２３はこの発明の実施の形態３のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置の正面断面図である。図２４は図２３のオゾン発生装置のガス出入り口側の側面図である。図２５は図２３のオゾン発生装置の高電圧供給部側の側面図である。図２６は図２３のオゾン発生装置のオゾン発生器モジュールの正面断面図である。図２７は図２３のオゾン発生装置のオゾン発生器モジュールの平面図である。図２８は図２３のオゾン発生装置のオゾン発生器モジュールのガス出入り口側の側面図である。図２９は図２３の平板積層型オゾン発生装置のオゾン発生器モジュールの高電圧供給部側の側面図である。
【０１２９】
本実施の形態の装置は、円筒状の筒容器１１００を有している。筒容器１１００は、両端面を溶接によって接続された端面フタ２４ａ、２４ｂで塞がれて密閉構造とされている。本実施の形態は、細長い平板積層型オゾン発生器１０１をモジュール台２４ｃを介して約φ１００ｍｍの円筒状の筒容器１１００内に収めたものである。冷却水の出口配管１１２ａは、端面フタ２４ａを貫通して外部に延びている。出口配管１１２ａが端面フタ２４ａを貫通する部分の周囲は、中央部に孔が形成された配管キャップＣ３にて端面フタ２４ａに密閉固定されている。出口配管１１２ａと配管キャップＣ３とは接合部Ｗ７にて接合されている。この接合には、ロー付けもしくは溶接にて行われている。冷却水の入口配管１１２ｂは、端面フタ２４ａを貫通して外部に延びている。入口配管１１２ｂが端面フタ２４ａを貫通する部分の周囲は、中央部に孔が形成された配管キャップＣ１にて端面フタ２４ａに密閉固定されている。出口配管１１２ａと配管キャップＣ１とは接合部Ｗ５にて接合されている。
【０１３０】
筒容器１１００に連通する原料ガス取り入れ配管１０１０から原料ガスを供給し、筒容器１１００内に原料ガスを充満させる。このようにして、原料ガスを連続的に供給し、オゾンガスをオゾンガス取出し配管１１１から取り出す。オゾンガス取出し配管１１１は、端面フタ２４ａを貫通して外部に延びている。オゾンガス取出し配管１１１が端面フタ２４ａを貫通する部分の周囲は、中央部に孔が形成された配管キャップＣ２にて端面フタ２４ａに密閉し固定されている。オゾンガス取出し配管１１１と配管キャップＣ２とは接合部Ｗ６にて接合されている。
【０１３１】
高圧ブッシング１２０は、端面フタ２４ｂを貫通して外部に延びている。高圧ブッシング１２０が端面フタ２４ｂを貫通する部分の周囲は、高圧給電用フランジ１２０ａにて端面フタ２４ａに密閉し固定されている。
【０１３２】
図２３、図２４、及び図２５の平板積層型オゾン発生装置は、細長い平板積層型オゾン発生器１０１をモジュール台を介して約φ１００ｍｍ程度の円筒状の筒容器１１００に収め、筒容器１１００の両端部にオゾンガス通路８に連通するオゾンガス取出配管１１１、及び冷却水通路９の冷却水の入口配管１１２ａ、冷却水の入口配管１１２ｂ出口９ｂが形成されているので、オゾンガス取出し用配管１１１と原料ガス取り入れ配管１０１０および高圧ブッシング１２０を設け、冷却水の入口配管１１２ｂ、出口配管１１２ａとオゾンガス取出し配管１１１に配管キャップＣ１，Ｃ２，Ｃ３を被せ密閉溶接を行う。また高圧ブッシング１２０は高圧給電用フランジ１２０ａを介して周りを密閉溶接されている。さらに、両端の端面フタ２４ａ、２４ｂと円筒状の筒容器１１００は、溶接部Ｗ２、Ｗ３にて周りを密閉溶接されている。
【０１３３】
実施の形態２の装置では冷却水の出入口配管とオゾンガスの取出し配管および高電圧給電端子は底に設けた基台面から取出す構造にされているが、本実施の形態では、装置のスペースファクター、筒容器１１００との組込み易さを考慮して、端面フタ２４ｂに入口配管１１２ｂ、出口配管１１２ａとオゾンガス取出し配管１１１を設けるようにした。
【０１３４】
このようにして、平板積層型オゾン発生装置１０１を筒状の容器１１００に納めることで、オゾン発生器のコンパクト化、大容量化を図ることができるとともに、容器１１００を円筒容器としたため、容器の圧力強度を強くまた軽くすることができる。また、装置の組立作業、溶接作業が容易になり、組み立てラインの自動化が容易にできるようになる。
【０１３５】
例として、従来の図４９及び図５０に示した円筒型オゾン発生器でφ１００ｍｍ−長さ５００ｍｍ程度の発生器を構成すると、円筒管状の高圧電極空間が無駄な空間となり、φ４０ｍｍの円筒管を６本程度挿入して、０．０４ｃｍの放電ギャップを設けた構造で、オゾンを２００ｇ／ｈ程度しか発生できない。これに対して、本実施の形態のオゾン発生器は、幅６ｃｍ、長さ５０ｃｍの電極を６放電面程度となるように積層構造にし、電極の冷却構造を両面冷却にし、放電ギャップを０．０１ｃｍにしてφ１００ｍｍ−長さ５０ｃｍの円筒容器３００にすると、オゾン発生器は１本の発生器で約０．５ｋｇ／ｈの量を発生し、また高濃度のオゾンを発生する。
【０１３６】
実施の形態４．
図３０はこの発明の実施の形態４のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置の概略の縦断面図であり図３１のＫ−Ｋ線に沿う矢視断面図である。図３１は平板積層型オゾン発生装置の横断面図であり図３０のＬ−Ｌ線に沿う矢視断面図である。本実施の形態は、角型のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置であり、１つの容器に複数個の平板積層型オゾン発生器１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄを挿入し、大容量のオゾン発生装置を実現させたものである。図において、本実施の形態の装置は、円筒状の筒容器１１００を有している。筒容器１１００は、両端面を端面フタ２４ａ、２４ｂで塞がれて密閉構造とされている。本装置は棚状のモジュール台２４ｃを有している。また、複数個の平板積層型オゾン発生器１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄの冷却水の出入口配管１１２ａａ、１１２ａｂ、１１２ａｃ、１１２ａｄ、１１２ｂａ、１１２ｂｂ、１１２ｂｃ、１１２ｂｄと複数個のオゾンガス取出し配管１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを有している。
【０１３７】
さらに、複数個の平板積層型オゾン発生器へ分散させるための分岐管を兼ねた冷却水ヘッダ管１１２ａ−ｐ（複数個のオゾン発生モジュールへ冷媒を分岐させて送り出す手段）と、複数個の平板積層型オゾン発生器から集合させるための集合管を兼ねた冷却水ヘッダ管１１２ｂ−ｐ（複数個のオゾン発生モジュールから冷媒を集合させて取出す手段）とが設けられている。そして、筒容器１１００には、装置全体の冷却水の入出口として、入口配管１１２ｂ、出口配管１１２ａが設けられ、また、装置全体のオゾン取出し口１１１ｐ（複数個のオゾン発生モジュールからオゾンガスを集合させて取出す手段）と、装置全体の原料ガス取り入れ配管１０１０と、高圧ブッシング１２０（複数個のオゾン発生モジュールの高圧電極へ電圧を供給する手段）が設けられている。
【０１３８】
本実施の形態においては、１つの容器１１００内のモジュール台２４に細長い平板積層型オゾン発生器１０１を複数個並べて設置し、平板積層型オゾン発生器１０１の冷却水の出入口配管とオゾンガス取出し配管を冷却水ヘッダ管１１２ｂ−ｐ，１１２ｂ−ｐとオゾン取出し口１１１ｐを介して取出すようにしている。
【０１３９】
複数個の平板積層型オゾン発生器１０１を１つの筒状の大きな容器に納めるようにしたことで、数十ｋｇ／ｈ級の大型オゾン発生器が従来の１／５以下の大きさで出来、コンパクト化を図ることができる。
【０１４０】
例として、本実施の形態は、φ８００ｍｍで５００ｍｍの容器（容積０．２５ｃｍ^３）６０ｍｍ角、長さ５００ｍｍの平板積層型オゾン発生器１０１が１００個程度納められる。すなわち、平板積層型オゾン発生器１０１で約０．５ｋｇ／ｈ程度とすると、５０ｋｇ／ｈ程度の大容量のオゾン発生装置が得られる。図５３のような従来の円筒型オゾン発生装置に比べ、非常に小さく、大容量で高濃度オゾン発生装置を実現することが可能となる。
【０１４１】
実施の形態５．
図３２はこの発明のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置のさらに他の例を示す概略の断面図である。本実施の形態においては、高圧電極３の裏面側に絶縁と冷却機能を兼ね備えた絶縁板２を設け、さらに絶縁板２に重ねて高圧電極冷却板１を設け、高圧電極冷却板１面に冷媒を流すことで、絶縁板２を介して高圧電極３を冷却できる構造にしている。
【０１４２】
高圧電極冷却板１は、２枚の金属板が張り合わされて作製されている。２枚の金属板の片側主面にはあらかじめハーフエッチングもしくは機械加工によって深さ数ｍｍの断面コ字型の溝が多数本形刻されている。そして、２枚の金属板が溝を向き合うように貼り合わせられて作製され内部に冷却水通路が形成される。２枚の金属板は、ロウ付け或いはホットプレス等で重ね合わせて接合され内部が機密構造とされている。
【０１４３】
高圧電極冷却板１の側部に設けられた入出部には、低圧電極７と同じように積層方向に延びるオゾンガス通路及び冷却水通路が形成されている。ここで冷却水通路は、冷却水入口（冷媒入口）と冷却水出口（冷媒出口）とに分かれて設けられている。冷却水入口及び冷却水出口に連通する冷却水通路は、低圧電極７と同じように、高圧電極冷却板１の内部において、ほぼ全体にわたって形成されている。すなわち、冷却水通路は、矩形平板状の高圧電極冷却板１に中央部から外周部まで全体にわたって同心状に複数形成されている。尚、隣り合う同心状の冷却水通路は、幅の細いリブにて仕切られている。
【０１４４】
入出部に形成された積層方向に延びるオゾンガス通路及び冷却水通路は、マニホールドブロック２３に設けられたオゾンガス通路及び冷却水通路と各々直線状となるようにつながり、最終的に基台２４に設けられたオゾンガス出口１１及び冷却水出入口１２につながっている。
【０１４５】
本実施の形態のオゾン発生器においては、低圧電極７だけでなく、高圧電極３も冷却する両電極冷却の構造にすることで、装置に注入する放電電力密度を向上を図ることができ、また、装置のコンパクト化を図ることもできる。また、高圧電極３は絶縁板２で電気的に絶縁されているため、高圧電極３を冷却する冷却水は低圧電極７の冷却水と共有することができる。また、装置の配管が増えることなく、両電極冷却の構造とすることができる。
【０１４６】
実施の形態６．
図３３はこの発明のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置のさらに他の例を示す概略の断面図である。本実施の形態は、オゾン発生装置の部品点数の削減、装置の原料ガス空間領域の縮小、及び発生器カバー１１０と基台２４との接合部の縮小、及び発生器カバー１１０の取り付け作業性の改善を目的としてなされたものである。
【０１４７】
本実施の形態においては、低圧電極７、高圧電極３、誘電体板５、及び図示しないスペーサ１３からなり複数個が積層された電極モジュール１０２を所定の押圧力で基台２４側に押し付ける機能を、発生器カバー１１０に持たせている。発生器カバー１１０は、厚さの薄いステンレス鋼板を用いて絞り加工によって作製され、天井部内側に複数の押さえブロック１１０ａを有している。押さえブロック１１０ａは、天井部の裏面に高さが所定の高さとなるように管理されて突設されている。そして、発生器カバー１１０には、実施の形態１のものが有する開口周縁部に形成された締着用のフランジが設けられていない。
【０１４８】
一方、電極モジュール１０２が積層されてなるオゾン発生器電極１０１を載置する基台２４の周囲には全周にわたって断面Ｌ字型のＬ字部材２４ａがロウ付けによって取り付けられている。そして、発生器カバー１１０は、オゾン発生器電極１０１に被せられて、オゾン発生器電極１０１を覆うとともに、押さえブロック１１０ａで積層された電極モジュール１０２を上方から基台２４側に押圧する。そして、発生器カバー１１０の開口周縁部と基台２２の外周部に設けられたＬ字部材２４ａとが突合せ接合によって接合され、さらにその周囲部分にロウ材が流されロウ付けもしくは溶接がされて一体構造とされている。そして、発生器カバー１１０と基台２４とは内部に密閉空間を形成している。
【０１４９】
このような構成のオゾン発生器においては、装置のコンパクト化を図ることができるとともに、部品点数の削減、及び組み立て作業工程の改善を行うことができる。さらに装置の自動化組立を図ることもできる。
【０１５０】
実施の形態７．
図３４はこの発明のオゾン発生器のさらに他の例を示す低圧電極の模式図である。本実施の形態の低圧電極１７は、主面が電極を成し内部にオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成された矩形平板状の低圧電極放電部１７００と、低圧電極放電部１７００の一側の辺の側部に設けられオゾンガス通路８のガス取出口８ａ及び冷却水通路９の冷却水入口（冷媒入口）９ａ、冷却水出口（冷媒出口）９ｂが形成された入出部１７１０とを有する。低圧電極放電部１７００に設けられた冷媒通路としての冷却水通路９は、冷媒としての冷却水が低圧電極放電部１７００の全体をくまなく巡るように低圧電極放電部１７００の全体に渡って形成されている。
【０１５１】
低圧電極放電部１７００と入出部１７１０との間には、くびれ部１７２０が設けられている。くびれ部１７２０は、低圧電極放電部１７００と入出部１７１０とが、それぞれ締め付けボルト２１ａと締め付けボルト２１ｂで締着される際に、低圧電極放電部１７００と入出部１７１０のいずれかで発生する変形が、他方の締着力に影響を与えないよう剛性の小さな部分として形成されている。
【０１５２】
低圧電極１７は、図示しない２枚の金属電極が張り合わされて作製されている。各々の金属電極の片側主面にはあらかじめハーフエッチングもしくは機械加工によって深さ数ｍｍの断面コ字型の溝が多数本形刻されている。そして、２枚の金属電極が溝を向き合うように貼り合わせられて作製され内部にオゾンガス通路８と冷却水通路９が形成される。すなわち、各々の金属電極の片側主面には、オゾンガス通路８が形成されるための断面コ字型の溝と冷却水通路９が形成されるための断面コ字型の溝の両方が形成されている。２枚の金属電極は、ロウ付け或いはホットプレス等で重ね合わせて接合され内部が機密構造とされている。
その他の構成は実施の形態１と同じである。
【０１５３】
このように、本実施の形態の第１の電極としての低圧電極１７は、主面に溝が形成された２枚の金属製の平板が、溝を向き合うようにして貼り合わせられて作製され内部にオゾンガス通路８と冷却水通路９が形成され、貼り合わされた主面には、オゾンガス通路形成用の溝と冷媒通路形成用の溝の両方が形成されているので、低圧電極１７を安価に作製することができ、また薄い電極とすることができる。
【０１５４】
各々の金属電極は、実施の形態１と同じように主面に６つのオゾン取出し孔２８ａ〜２８ｆが穿孔されている。各々のオゾン取出し孔２８ａ〜２８ｆは、オゾンガス通路８に連通されている。そして、オゾン取出し孔２８ａ〜２８ｆから低圧電極７内に進入したオゾンガスは、低圧電極１７内で合流し、入出部１７１０に設けられたオゾンガス通路８に導かれる。
【０１５５】
一方、冷媒としての冷却水は、入出部１７１０に設けられた冷却水入口（冷媒入口）９ａから低圧電極１７内に進入し、低圧電極１７内を全体にわたって巡ったのち、入出部１７１０に設けられた冷却水出口（冷媒出口）９ｂから外に出る。
【０１５６】
このような構成のオゾン発生器においては、第１の電極としての低圧電極１７は、主面に溝が形成された２枚の金属製の平板が、溝を向き合うようにして貼り合わせられて作製され内部にオゾンガス通路８と冷却水通路９が形成され、貼り合わされた主面には、オゾンガス通路形成用の溝と冷媒通路形成用の溝の両方が形成されているので、安価とすることができ、また薄い電極とすることができる。
【０１５７】
実施の形態８．
図３５はこの発明のオゾン発生器のさらに他の例を示す低圧電極の模式図である。本実施の形態の低圧電極２７は、主面が電極を成し内部にオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成された矩形平板状の低圧電極放電部２７００と、低圧電極放電部２７００の第１の辺の側部に設けられオゾンガス通路８のガス取出口８ａ及び冷却水通路９の冷却水入口（冷媒入口）９ａが形成された第１の入出部２７１０と、低圧電極放電部２７００の第１の辺と反対側の第２の辺の側部に設けられ冷却水通路９の冷却水出口（冷媒出口）９ｂが形成された第２の入出部２７３０とを有する。
【０１５８】
上述の実施の形態７では、１本の冷却水通路９が設けられていたが、本実施の形態においては、２本の冷却水通路９が設けられている。低圧電極放電部２７００に設けられた冷媒通路としての冷却水通路９は、冷媒としての冷却水が低圧電極放電部２７００の全体をくまなく巡るように低圧電極放電部２７００の全体に渡って形成されている。
【０１５９】
低圧電極放電部２７００と入出部２７１０、２７３０との間には、それぞれくびれ部２７２０が設けられている。くびれ部２７２０は、低圧電極放電部２７００と入出部２７１０、３７３０とが、それぞれ締め付けボルト２１ａと締め付けボルト２１ｂで締着される際に、低圧電極放電部２７００と入出部２７１０、２７３０のいずれかで発生する変形が、他方の締着力に影響を与えないよう剛性の小さな部分として形成されている。
その他の構成は実施の形態１と同じである。
【０１６０】
本実施の形態の低圧電極２７においては、低圧電極放電部２７００の第１の辺の側部に設けた第１の入出部２７１０に、オゾンガスのガス取出口８ａと冷却水入口９ａが形成され、低圧電極放電部２７００の第１の辺と反対側の第２の辺の側部に設けた第２の入出部２７３０に、冷却水出口９ｂが形成されている。
【０１６１】
このような構成のオゾン発生器においては、第１の電極としての低圧電極２７は、主面が電極を成し内部にオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成された矩形平板状の電極放電部２７００と、電極放電部２７００の第１の辺の側部に設けられオゾンガス通路８のガス取出口８ａ及び冷却水通路９の冷却水入口９ａが形成された第１の入出部２７１０と、電極放電部２７００の第１の辺に対向する第２の辺の側部に設けられ冷却水通路９の冷却水出口９ｂが形成された第２の入出部２７３０とを有するので、冷却水の流れが１方向のみとなり、ハーフエッチングのパターンが単純化されるとともに、冷却水が低圧電極２７内を通過する際の圧力損失を小さくできるため、装置に流せる冷却水の流量を増やすことができ、冷却能力を向上させることができる。
【０１６２】
実施の形態９．
図３６はこの発明のオゾン発生器のさらに他の例を示す低圧電極の模式図である。本実施の形態の低圧電極３７は、主面が電極を成し内部にオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成された矩形平板状の低圧電極放電部３７００と、低圧電極放電部３７００の第１の辺の側部に設けられオゾンガス通路８のガス取出口８ａが形成された第１の入出部３７１０と、低圧電極放電部３７００の第１の辺と反対側の第２の辺の側部に設けられ冷却水通路９の冷却水入口（冷媒入口）９ａが形成された第２の入出部３７３０と、同じく低圧電極放電部３７００の第２の辺の側部に設けられ冷却水通路９の冷却水出口（冷媒出口）９ｂが形成された第２の入出部３７４０とを有する。圧電極放電部３７００に設けられた冷媒通路としての冷却水通路９は、冷媒としての冷却水が低圧電極放電部３７００の全体をくまなく巡るように低圧電極放電部３７００の全体に渡って形成されている。
【０１６３】
低圧電極放電部３７００と入出部３７１０、３７３０、３７４０との間には、それぞれくびれ部３７２０が設けられている。くびれ部３７２０は、低圧電極放電部３７００と入出部３７１０、３７３０、３７４０とが、それぞれ締め付けボルト２１ａと締め付けボルト２１ｂで締着される際に、低圧電極放電部３７００と入出部３７１０、３７３０、３７４０のいずれかで発生する変形が、他方の締着力に影響を与えないよう剛性の小さな部分として形成されている。
その他の構成は実施の形態１と同じである。
【０１６４】
本実施の形態の低圧電極３７においては、低圧電極放電部３７００の第１の辺の側部に設けた第１の入出部３７１０に、オゾンガスのガス取出口８ａが形成され、低圧電極放電部３７００の第２の辺の側部に設けた２個の第２の入出部３７３０、３７４０に、それぞれ冷却水入口９ａと冷却水出口９ｂとが形成されている。尚、本実施の形態においては、冷却水入口９ａと冷却水出口９ｂとが形成された第２の入出部は、入出部３７３０と入出部３７４０の２個に分割されているが、１つにまとめられてもよい。
【０１６５】
このような構成のオゾン発生器においては、第１の電極としての低圧電極３７は、主面が電極を成し内部にオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成された矩形平板状の電極放電部３７００と、電極放電部３７００の第１の辺の側部に設けられオゾンガス通路８のガス取出口８ａが形成された第１の入出部３７１０と、電極放電部３７００の第１の辺に対向する第２の辺の側部に設けられ冷却水通路９の冷却水入口９ａ、冷却水出口９ｂが形成された第２の入出部３７３０、３７４０とを有するので、オゾンガス通路８の設けられた入出部と冷却水通路の設けられた入出部とを分離することができ、これらに連通するオゾン発生器外部のオゾンガス配管と冷却水配管も互いに分離することができ配管の引き回しが容易となる。
【０１６６】
実施の形態１０．
図３７はこの発明のオゾン発生器のさらに他の例を示す高圧電極の上面図、図３８は高圧電極の正面断面図、図３９は高圧電極の側断面面図である。本実施の形態の高圧電極３３においては、ステンレス鋼板等の導電性薄板を２枚重ね合わせて接合して作製している。一枚の導電性薄板は、表面に複数の扁平状の凸部、裏面に複数の扁平状の凹部が形成されるようにプレス加工され、裏面同士が重ね合わされて接合される。そして、高圧電極３３においては、両主面に各々６つの概略正方形の凸部３３ａ〜３３ｆが形成されている。このように作製された高圧電極３３は、外形においては、実施の形態１の高圧電極と概略同じである。
【０１６７】
このような構成のオゾン発生器においては、第２の電極としての高圧電極３３は、表面に凸部が形成されるとともに裏面の凸部に対応する位置に凹部が形成された２枚の金属製の平板が、凹部を向き合うようにして貼り合わせられて作製されているので、高圧電極３３を軽くすることができる。また、材料が削減されてコストダウンをすることができ、さらには、分割された放電領域の構成を容易に構築することができる。また、凸部の頂面の形状が概略正方形であるので、これに対応して形成される分割された放電領域のアスペクト比を概略１：１とすることができる。
【０１６８】
実施の形態１１．
図４０はこの発明のオゾン発生器のさらに他の例を示す高圧電極の上面図、図４１は高圧電極の正面断面図、図４２は高圧電極の側断面面図である。本実施の形態の高圧電極４３においては、ステンレス鋼板等の導電性薄板を２枚重ね合わせて接合して作製している。一枚の導電性薄板は、表面に凸部、裏面に凹部が形成されるようにプレス加工され、裏面同士が重ね合わされて接合される。そして、高圧電極４３においては、両主面に各々６つの円形の凸部４３ａ〜４３ｆが形成されている。その他の構成は実施の形態１０と同じである。
【０１６９】
このような構成のオゾン発生器においては、凸部４３ａ〜４３ｆの頂面の形状が概略円形であるので、これに基づいて形成される放電領域２７ａ〜２７ｃも円形となる。これにより、放電領域２７ａ〜２７ｃ内のオゾンガスの流速を一定にすることができ、オゾン濃度の低下を防ぎ、またオゾン発生効率を向上させることができる。
【０１７０】
尚、上述実施の形態１０の高圧電極３３に形成された凸部３３ａ〜３３ｆは、概略正方形、本実施の形態の高圧電極４３に形成された凸部４３ａ〜４３ｆは、円形に形成されている。そして、高圧電極に形成される凸部は、正方形や円形に限定されることなく、正方形と円形の中間の形状とされてもよい、重要なことは、アスペクト比が１．５：１．０以内にされることである。
【０１７１】
実施の形態１２．
図４３はこの発明のオゾン発生器のさらに他の例を示す誘電体板の上面図、図４４は誘電体板の正面図、図４５は誘電体板の側面図である。本実施の形態の誘電体板３５においては、高圧電極３と接触する側の面に形成された６つの導電性膜３５ａ〜３５ｆは、円形を成している。そのため、この６つの導電性膜３５ａ〜３５ｆの対応した位置に形成される６つの放電領域２７ａ〜２７ｆも概略円形状に形成され、放電領域内のオゾンガスの流速を一定にすることができ、オゾン濃度の低下を防ぎ、またオゾン発生効率を向上させることができる。尚、隣り合う導電性膜３５ａ〜３５ｆの間には、原料ガスが各々放電領域２７ａ〜２７ｆに均等に流れるように大小の原料ガス均等供給孔３５ｇ、３５ｈが穿孔されている。
【０１７２】
また、本実施の形態の誘電体板３５においては、誘電体板３５の導電性膜３５ａ〜３５ｆが形成された面と反対側の面、すなわち、誘電体板５の低圧電極７側（放電領域側）面に放電領域２７ａ〜２７ｆを形成する為のスペーサ１４が設けられている。スペーサ１４は、例えば、０．１ｍｍの高さの径の小さい円筒形状の複数の突起として形成されている。スペーサ１４は、例えば、板状の誘電体板３５を機械加工して周囲を削ることにより、スペーサ１４が相対的に凸形状に削り出されることにより形成されている。このように、誘電体板３５とスペーサ１４とを１つの材料から一体に削りだすことにより、誘電体板３５とスペーサ１４を別々に作製して接合する手順と比べ、スペーサ１４単体の部品が無くなり部品点数が減り、さらに、スペーサ１４の位置決め工程が不要になりオゾン発生器の組立が容易になる。
【０１７３】
すなわち、このような構成のオゾン発生器においては、誘電体板３５は、高圧電極３側の主面に設けられた導電性膜３５ａ〜３５ｆを有しており、この導電性膜３５ａ〜３５ｆを高圧電極３に密着させて高圧電極３と電気的に接合され、これらの導電性膜３５ａ〜３５ｆは、複数に分割された放電領域２７ａ〜２７ｆに対応して分割されているので、分割された放電領域２７ａ〜２７ｆの構成を容易に実現することができる。
【０１７４】
導電性膜３５ａ〜３５ｆの形状が円形であるので、対応して形成される分割された放電領域の形状も概略円形状となり、放電領域内のオゾンガスの流速を一定にすることができ、オゾン濃度の低下を防ぎ、またオゾン発生効率を向上させることができる。さらに、誘電体板３５の導電性膜３５ａ〜３５ｆと反対側の主面に、スペーサ１４が一体に設けられているので、部品点数を削減することができるとともに、スペーサ１４の位置決め工程が不要になり組み立て作業を容易にすることができる。
【０１７５】
尚、本実施の形態においては、スペーサ１４は、誘電体板３５の導電性膜３５ａ〜３５ｆが形成された面と反対側の面において、導電性膜３５ａ〜３５ｆに対応する円の内側に設けられているが、スペーサ１４が設けられる位置は、この円の内側に限られるものではなく、この円の外側に設けられてもよい。
【０１７６】
また、導電性膜の形状は、正方形や円形に限定されることなく、正方形と円形の中間の形状とされてもよい、重要なことは、アスペクト比が１．５：１．０以内にされることである。
【０１７７】
実施の形態１３．
図４６はこの発明のオゾン発生器のさらに他の例を示す電極モジュールの断面図である。図４７は３８の電極モジュールの誘電体板の上面図である。本実施の形態の誘電体板４５は、６つの放電領域２７ａ〜２７ｆに対応して６個に分割されている。そして、概略正方形平板状の誘電体板４５は、主面に矩形の導電性膜４５ａを有している。導電性膜４５ａと反対側の面には、０．１ｍｍ厚の細長い棒状のスペーサ１３が、誘電体板４５と一体に設けられている。
【０１７８】
このような構成とすることにより、誘電体板４５は、板上に１つの導電性膜４５ａが形成された単純な構造となるため、製作が容易となり、コストダウンすることができるとともに、量産性も向上する。
【０１７９】
実施の形態１４．
図４８はこの発明のオゾン発生器のさらに他の例を示す誘電体板の上面図である。本実施の形態の誘電体板５５は、６つの放電領域２７ａ〜２７ｆに対応して６個に分割されている。そして、円板状の誘電体板５５は主面に円形の導電性膜５５ａを有している。導電性膜５５ａと反対側の面には、スペーサ１４が径の小さい円筒形状の複数の突起として形成されている。
【０１８０】
このような構成とすることにより、誘電体板５５の製作が容易となり、コストダウンすることができるとともに、量産性も向上し、さらに、放電領域２７ａ〜２７ｆが概略円形状に形成されるので、放電領域内のオゾンガスの流速を一定にすることができ、オゾン濃度の低下を防ぎ、またオゾン発生効率を向上させることができる。
【０１８１】
【発明の効果】
この発明に係るオゾン発生器は、平板状の第１の電極と、第１の電極の主面に対向する平板状の第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に設けられた平板状の誘電体板及び放電領域を形成するスペーサとを有する電極モジュールが複数積層され、第１の電極と第２の電極との間に交流電圧を印加され、酸素ガスを含んだガスが注入された放電領域のギャップ間に放電を生じさせてオゾンガスを発生させ、第１の電極は、放電領域に対向する電極面と側部との間に放電領域で発生したオゾンガスを取り出すオゾンガス通路が形成され、オゾンガス通路を中心とする径方向の流速分布が略均一化するように、第１電極の放電領域内に複数個のオゾンガス通路を分散させて配設し、複数個のオゾンガス通路は、第１の電極の内部にて放電領域の複数の箇所で発生したオゾンガスを集合させて取り出すので、オゾン発生性能を損なわずに放電領域を増大させることができ、１つの電極面に対して放電領域を増やしてもオゾン発生性能を損なわず且つ信頼性の高いものとすることができ、モジュールの積層構造を容易に構築することができ、オゾンガス取出し用の配管を簡素にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置の概略の断面図である。
【図２】図１の平板積層型オゾン発生装置を上方から見た図である。
【図３】この発明の実施の形態１のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の模式的な詳細断面図である。
【図４】図３のＥ部分の拡大図である。
【図５】この発明の実施の形態１のオゾン発生器の低圧電極の上面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。
【図８】図５のＣ−Ｃ線に沿う矢視断面図である。
【図９】図５のＤ−Ｄ線に沿う矢視断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態１のオゾン発生器の高圧電極の上面図である。
【図１１】図１０の高圧電極の正面図である。
【図１２】図１０の高圧電極の側面図である。
【図１３】実施の形態１の積ｐ×ｄのと放電電圧の関係を示す特性図である。
【図１４】実施の形態１の放電電圧と高電圧の絶縁距離との関係を示す特性図である。
【図１５】実施の形態１の積ｐ×ｄの値を可変した場合の積ｐ×ｄと放電セルの容積比との関係の１例を示す特性図である。
【図１６】実施の形態１の放電電力密度を可変した場合の放電電力密度の放電セルの容積比との関係の１例を示す特性図である。
【図１７】この発明の実施の形態１のオゾン発生器の誘電体板の上面図である。
【図１８】図１７の誘電体板の正面図である。
【図１９】図１７の誘電体板の側面図である。
【図２０】この発明の実施の形態２のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置の概略の断面図である。
【図２１】図２０の平板積層型オゾン発生装置を上方から見た図である。
【図２２】この発明の実施の形態２のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置の他の例を示す図２０の平板積層型オゾン発生装置を上方から見た図である。
【図２３】この発明の実施の形態３のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置の正面断面図である。
【図２４】図２３の平板積層型オゾン発生装置のガス出入り口側の側面図である。
【図２５】図２３の平板積層型オゾン発生装置の高電圧供給部側の側面図である。
【図２６】図２３の平板積層型オゾン発生装置のオゾン発生器モジュールの正面断面図である。
【図２７】図２３の平板積層型オゾン発生装置のオゾン発生器モジュールの平面図である。
【図２８】図２３の平板積層型オゾン発生装置のオゾン発生器モジュールのガス出入り口側の側面図である。
【図２９】図２３の平板積層型オゾン発生装置のオゾン発生器モジュールの高電圧供給部側の側面図である。
【図３０】この発明の実施の形態４のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置の概略の縦断面図であり図３１のＫ−Ｋ線に沿う矢視断面図である。
【図３１】この発明の実施の形態４のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置の横断面図であり図３０のＬ−Ｌ線に沿う矢視断面図である。
【図３２】この発明の実施の形態５のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置の概略の断面図である。
【図３３】この発明の実施の形態６のオゾン発生器を備えた平板積層型オゾン発生装置の概略の断面図である。
【図３４】この発明の実施の形態７のオゾン発生器の低圧電極の模式図である。
【図３５】この発明の実施の形態８のオゾン発生器の低圧電極の模式図である。
【図３６】この発明の実施の形態９のオゾン発生器の低圧電極の模式図である。
【図３７】この発明の実施の形態１０のオゾン発生器の高圧電極の上面図である。
【図３８】図３７の高圧電極の正面断面図である。
【図３９】図３７の高圧電極の側面断面図である。
【図４０】この発明の実施の形態１１のオゾン発生器の高圧電極の上面図である。
【図４１】図４０の高圧電極の正面断面図である。
【図４２】図４０の高圧電極の側面断面図である。
【図４３】この発明の実施の形態１２のオゾン発生器の誘電体板の上面図である。
【図４４】図４３の誘電体板の正面図である。
【図４５】図４３の誘電体板の側面図である。
【図４６】この発明の実施の形態１３のオゾン発生器の電極モジュールの断面図である。
【図４７】図４６の電極モジュールの誘電体板の上面図である。
【図４８】この発明の実施の形態１４のオゾン発生器の誘電体板の上面図である。
【図４９】従来の同軸円筒方式オゾン発生装置の側断面図である。
【図５０】図４９の同軸円筒方式オゾン発生装置のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【図５１】従来の同軸円筒方式オゾン発生装置の他の例を示す側断面図である。
【図５２】図５１の同軸円筒方式オゾン発生装置のＪ−Ｊ線に沿った断面図である。
【図５３】従来の大型の同軸円筒方式オゾン発生装置を示す一部を断面とする側面図である。
【図５４】従来のオゾン発生装置のさらに他の例を示す要部の横断面図であり図５５のＨ−Ｈ線に沿う矢視断面図である。
【図５５】従来のオゾン発生装置の要部の縦段面図であり図５４のＧ−Ｇ線に沿う矢視断面図である。
【符号の説明】
１　高圧電極冷却板、３，３３，４３　高圧電極（第２の電極）、３ａ〜３ｆ，３３ａ〜３３ｆ，４３ａ〜４３ｆ　凸部、５，３５，４５，５５　誘電体板、５ａ〜５ｆ，３５ａ〜３５ｆ，４５ａ，５５ａ　導電性膜、７，１７，２７，３７　低圧電極（第１の電極）、８　オゾンガス通路、９　冷却水通路（冷媒通路）、１３　スペーサ、２４　基台、２４ａ　Ｌ字部材、２７ａ〜２７ｆ　放電領域、２８ａ〜２８ｆ　オゾンガス取出孔、１００　オゾン発生器、１０２　電極モジュール、１１０　発生器カバー、１１０ａ　押さえブロック、７００，１７００，２７００，３７００　電極放電部、７１０　入出部、７２０　くびれ部、７１０，１７１０　入出部、７２０，１７２０，２７１０，３７１０　くびれ部、２７１０，３７１０　入出部（第１の入出部）、２７３０，３７３０，３７４０　入出部（第２の入出部）。

Claims (25)

1. 平板状の第１の電極と、上記第１の電極の主面に対向する平板状の第２の電極と、上記第１の電極と上記第２の電極との間に設けられた平板状の誘電体板及び放電領域を形成するスペーサとを有する電極モジュールが複数積層され、
   上記第１の電極と上記第２の電極との間に交流電圧を印加され、少なくとも酸素ガスを含んだガスが注入された上記放電領域のギャップ間に放電を生じさせてオゾンガスを発生させ、
   上記第１の電極は、上記放電領域に対向する電極面と側部との間に該放電領域で発生したオゾンガスを取り出すオゾンガス通路が形成され、
   上記オゾンガス通路を中心とする径方向の流速分布が略均一化するように、上記第１電極の放電領域内に複数個の上記オゾンガス通路を分散させて配設し、
   上記複数個のオゾンガス通路は、上記第１の電極の内部にて上記放電領域の複数の箇所で発生したオゾンガスを集合させて取り出す
   ことを特徴とするオゾン発生器。
2. 上記オゾンガス通路を中心とした径方向の流速分布が略均一となるように、上記複数個のオゾンガス通路に対応して、上記放電領域が上記第１の電極と上記第２の電極との間で複数個に分割されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生器。
3. 上記放電領域のアスペクト比が１．５：１．０以内である
   ことを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生器。
4. 上記第１の電極の内部に冷媒を流通させる冷媒通路が形成されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のオゾン発生器。
5. 上記第１の電極は、
   主面が電極を成し内部に上記オゾンガス通路及び上記冷媒通路が形成された矩形平板状の電極放電部と、
   上記電極放電部のいずれかの辺の側部に設けられ上記オゾンガス通路のガス取出口及び上記冷媒通路の冷媒入口、冷媒出口が形成された入出部とを有する
   ことを特徴とする請求項４に記載のオゾン発生器。
6. 上記第１の電極は、
   主面が電極を成し内部に上記オゾンガス通路及び上記冷媒通路が形成された矩形平板状の電極放電部と、
   上記電極放電部の第１の辺の側部に設けられ上記冷媒通路の冷媒入口が形成された第１の入出部と、
   上記電極放電部の上記第１の辺に対向する第２の辺の側部に設けられ上記冷媒通路の冷媒出口が形成された第２の入出部とを有する
   ことを特徴とする請求項４に記載のオゾン発生器。
7. 上記第１の電極は、
   主面が電極を成し内部に上記オゾンガス通路及び上記冷媒通路が形成された矩形平板状の電極放電部と、
   上記電極放電部の第１の辺の側部に設けられ上記オゾンガス通路のガス取出口が形成された第１の入出部と、
   上記電極放電部の上記第１の辺に対向する第２の辺の側部に設けられ上記冷媒通路の冷媒入口、冷媒出口が形成された第２の入出部とを有する
   ことを特徴とする請求項４に記載のオゾン発生器。
8. 上記第１の電極は、主面に溝が形成された２枚以上の金属製の平板が、該溝を向き合うようにして貼り合わせられて作製され内部に上記オゾンガス通路と上記冷媒通路が形成されている
   ことを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載のオゾン発生器。
9. 上記第１の電極は、主面に溝が形成された２枚の金属製の平板が、該溝を向き合うようにして貼り合わせられて作製され内部に上記オゾンガス通路と上記冷媒通路が形成され、上記貼り合わせられた主面には、該オゾンガス通路形成用の溝と該冷媒通路形成用の溝の両方が形成されている
   ことを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載のオゾン発生器。
10. 上記第２の電極は、主面に複数の扁平状の凸部が設けられ、該凸部の頂面に電極面が形成されている
    ことを特徴とする請求項２から９のいずれかに記載のオゾン発生器。
11. 上記第２の電極は、表面に上記凸部が形成されるとともに裏面の該凸部に対応する位置に凹部が形成された２枚の金属製の平板が、該凹部を向き合うようにして貼り合わせられて作製されている
    ことを特徴とする請求項１０に記載のオゾン発生器。
12. 上記凸部の上記頂面の形状が概略正方形である
    ことを特徴とする請求項１０または１１に記載のオゾン発生器。
13. 上記凸部の上記頂面の形状が概略円形である
    ことを特徴とする請求項１０に記載のオゾン発生器。
14. 上記誘電体板は、上記第２の電極側の主面に設けられた導電性膜を有し、該導電性膜を該第２の電極に密着させて電気的に接合された
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のオゾン発生器。
15. 上記誘電体板は、上記第２の電極側の主面に設けられた導電性膜を有し、該導電性膜を該第２の電極に密着させて電気的に接合され、該導電性膜は、上記複数に分割された放電領域に対応して分割されている
    ことを特徴とする請求項２から１３のいずれかに記載のオゾン発生器。
16. 上記誘電体板は、上記複数に分割された放電領域に対応して分割されている
    ことを特徴とする請求項２から１３、１５のいずれかに記載のオゾン発生器。
17. 上記導電性膜の形状が概略正方形である
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載のオゾン発生器。
18. 上記導電性膜の形状が概略円形である
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載のオゾン発生器。
19. 上記誘電体板の上記導電性膜と反対側の主面に、上記スペーサが一体に設けられている
    ことを特徴とする請求項１４から１８のいずれかに記載のオゾン発生器。
20. 上記放電領域のギャップ長が０．０６［ｃｍ］以下であり、且つ上記放電領域のガス放電圧力を０．４［ＭＰａ］以下であり、且つ上記放電領域の放電電力密度が０．３［Ｗ／ｃｍ^２］以上である
    ことを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載のオゾン発生器。
21. 上記放電領域の面積が略３０００［ｃｍ^２］以下である
    ことを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載のオゾン発生器。
22. 上記積層された電極モジュールを積層方向に所定の圧力で押圧して上記放電領域を所定の厚さにするとともに、該積層された電極モジュールを密閉する発生器カバーを備えた
    ことを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載のオゾン発生器。
23. 上記積層された電極モジュールが載置される基台と、
    上記積層された電極モジュールを密閉する発生器カバーと備え、
    上記基台と上記発生器カバーとがロウ付け、溶接もしくは接着で接合されていることを特徴とする請求項１から２２のいずれかに記載のオゾン発生器。
24. 上記積層された電極モジュールを積層方向に所定の圧力で押圧して上記放電領域を所定の厚さにするとともに、該積層された電極モジュールを密閉する円筒状の発生器カバーを備え、冷媒の出入口配管、原料ガス取入れ配管、オゾンガス取出し配管、高圧ブッシングのいずれかが上記発生器カバーの端面に設けられている
    ことを特徴とする請求項１から２３のいずれかに記載のオゾン発生器。
25. 平板状の第１の電極と、上記第１の電極の主面に対向する平板状の第２の電極と、上記第１の電極と上記第２の電極との間に設けられた平板状の誘電体板及び放電領域を形成するスペーサとを有する電極モジュールが複数積層され、
    上記第１の電極と上記第２の電極との間に交流電圧を印加され、少なくとも酸素ガスを含んだガスが注入された上記放電領域のギャップ間に放電を生じさせてオゾンガスを発生させ、
    上記第１の電極は、上記放電領域に対向する電極面と側部との間に該放電領域で発生したオゾンガスを取り出すオゾンガス通路が形成され、
    上記各々の放電領域で発生したオゾンガスを集合させて取出すオゾン発生モジュールを１つの密閉容器内に複数個配設できるようにし、１つの容器内で複数個のオゾン発生モジュールへ冷媒を分岐させて送り出す手段と、複数個のオゾン発生モジュールから冷媒を集合させて取出す手段と、複数個のオゾン発生モジュールからオゾンガスを集合させて取出す手段と、複数個のオゾン発生モジュールの高圧電極へ電圧を供給する手段を備えた
    ことを特徴とするオゾン発生器。

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