JP2010254524A - オゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
オゾンの生成効率が低下しにくい安価なオゾン発生装置を提供する。
【解決手段】
絶縁基材１に設けられた複数の電極３、４と、電極３、４間に電圧を印加するための電源６とを備える。酸素を含むガスＧを流通させるための複数の流通孔２を絶縁基材１及び電極３、４に貫通させて設ける。オゾン生成に必要な酸素がガスＧの流通により流通孔２に連続的に供給されることになって酸素不足にならないようにすることができる。また、絶縁基材１に電極３、４を設けた後の組み立て作業が不要となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水質浄化処理、悪臭除去、殺菌処理などに用いられるオゾンを発生するためのオゾン発生装置に関するものである。

図１８に従来からあるオゾン発生装置の一例を示す。このオゾン発生装置では、誘電体５０で被覆された棒状電極５１を二本並べて接着固定すると共に棒状電極５１、５１の両端に封止体５２、５２を被せて一体化し、棒状電極５１、５１の間に高電圧を印加することにより棒状電極５１、５１の周囲にオゾンを発生するものである。

特許３０１５２６８号公報

しかし、上記従来例のオゾン発生装置では、酸素を含むガスを棒状電極５１、５１の間の放電空間に流通させることができないので、放電が進むと周囲のオゾン濃度が高くなって酸素濃度が低下するため放電範囲が狭くなり、オゾンの生成効率が低下するという問題があった。また、二本の棒状電極５１、５１を誘電体５０で被覆した後、接着固定の作業や封止体５２を被せる作業などの複数の部品の組み立て作業が必要であり、コスト高になるという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、オゾンの生成効率が低下しにくい安価なオゾン発生装置を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係るオゾン発生装置は、絶縁基材１に設けられた複数の電極３、４と、電極３、４間に電圧を印加するための電源６とを備え、酸素を含むガスＧを流通させるための複数の流通孔２を絶縁基材１及び電極３、４に貫通させて設けて成ることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に係るオゾン発生装置は、請求項１において、温度調整手段２０を絶縁基材１に設けて成ることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に係るオゾン発生装置は、請求項２において、温度調整手段２０が放熱器７であることを特徴とするものである。

本発明の請求項４に係るオゾン発生装置は、請求項２において、温度調整手段２０が熱電素子２１であることを特徴とするものである。

本発明の請求項５に係るオゾン発生装置は、請求項２において、温度調整手段２０が電熱線２２であることを特徴とするものである。

本発明の請求項６に係るオゾン発生装置は、請求項１乃至５のいずれか一項において、温度測定手段２３を絶縁基材１に設けて成ることを特徴とするものである。

本発明の請求項７に係るオゾン発生装置は、請求項１乃至６のいずれか一項において、絶縁基材１の流通孔２の周辺部分の誘電率が他の部分の誘電率よりも高いことを特徴とするものである。

本発明の請求項８に係るオゾン発生装置は、請求項１乃至７のいずれか一項において、流通孔２に対してガスＧを供給するためのガス供給手段２４を備えて成ることを特徴とするものである。

本発明の請求項９に係るオゾン発生装置は、請求項８において、ガス供給手段２４にガスを乾燥させるためのガス乾燥手段２６を備えて成ることを特徴とするものである。

請求項１の発明では、オゾン生成に必要な酸素がガスの流通により流通孔に連続的に供給されることになって酸素不足にならないようにすることができ、オゾンの生成効率が低下しにくなるものである。また、絶縁基材に電極を設けた後の組み立て作業が不要となり安価に製造することができるものである。

請求項２の発明では、温度調整手段により絶縁基材の温度を調整することができ、高温化によるオゾンの生成効率の低下を防止することができるものである。

請求項３の発明では、冷却フィンにより絶縁基材の温度を調整することができ、高温化によるオゾンの生成効率の低下を防止することができるものである。

請求項４の発明では、熱電素子により絶縁基材の温度を調整することができ、高温化によるオゾンの生成効率の低下を防止することができるものである。

請求項５の発明では、電熱線により絶縁基材の温度を調整することができ、低温化によるオゾンの生成効率の低下を防止することができるものである。

請求項６の発明では、温度測定手段により絶縁基材の温度を測定することができ、この測定結果を温度調整手段にフィードバックするなどして絶縁基材の温度調整に利用することができるものである。

請求項７の発明では、誘電率の高い誘電体を用いて絶縁基材全体を形成する必要がなく、高価な高誘電率の誘電体の使用量を少なくしながら絶縁性の高い絶縁基材を形成することができるものである。

請求項８の発明では、ガス供給手段により流通孔へのガスの供給性能を高めることができ、オゾンの生成効率を高くすることができるものである。

請求項９の発明では、絶縁基材の放電部となる流通孔に供給するガスを乾燥させることにより、オゾン生成を阻害する水分を減少させ、オゾンの生成効率を高くすることができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 （ａ）はガスの流通方向と平行な方向に電極を並べて設けた場合の電気力線の方向を示す断面図、（ｂ）はガスの流通方向と交差する方向に電極を並べて設けた場合の電気力線の方向を示す断面図である。 電極間に印加される電圧波形の一例を示すグラフである。 電極間に印加される電圧波形の他例を示すグラフである。 電極間に印加される電圧波形の他例を示すグラフである。 本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、絶縁基材の一例を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のガス供給手段及びガス乾燥手段の一例を示す模式図である。 本発明の使用状態の一例を示す概略の断面図である。 本発明の使用状態の他例を示す概略の断面図である。 比較例を示す断面図である。 従来例を示し、一部が破断した斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

図１に本発明の実施の形態の一例を示す。このオゾン発生装置は，板状の絶縁基材１に複数の流通孔２と、絶縁基材１内部に埋め込まれた複数（一対）の電極３、４とを備えたオゾン発生デバイスＲを備えている。

絶縁基材１は高融点の絶縁材料（誘電体材料）で形成されることが好ましく、例えば、石英ガラス、アルミナ、ジルコニア、ムライト、窒化アルミニウムなどのような、高耐熱性、高強度のガラス質材料やセラミックスなどで形成することが好ましいが、これらの材料に限定されるものではない。特に高強度で安価なアルミナ等で形成することが好ましい。また、チタニア、チタン酸バリウムなどの高誘電材料を用いることもできる。

絶縁基材１及び流通孔２の形状は適宜設計されるが、絶縁基材１は板状に形成することが好ましく、図示の絶縁基材１は平面視矩形状に形成されており、略同方向（絶縁基材１の厚み方向）に貫通する平面視円形状の流通孔２が、複数個形成されている。各流通孔２は、絶縁基材１の一面（上面）と他面（下面）でそれぞれ開口する流通孔として形成されており、絶縁基材１の一面の開口がガス導入口２ａ、他面の開口がガス吹出口２ｂとして形成されている。この流通孔２は、適宜の形状に形成することができ、例えば平面視円形状の複数の流通孔２を二次元状に分散させて形成したり、長方形状（スリット状）の複数の流通孔２を平行並列に配列させて形成したりすることができる。特に平面視円形状の流通孔２を二次元状に分散させて形成すると、流通孔２の径やピッチ等の工夫は必要であるが、ガスＧの単位時間あたりの流量（流速）を抑制しつつ、広い面積にわたりオゾンを含むガスＧを均一に噴射させることができる。

図１に示す例では、絶縁基材１は一面が上方に、他面が下方に配置されており、平面視円形状の複数の流通孔２が上下方向に貫通してガス導入口２ａが上側、ガス吹出口２ｂが下側に開口するように形成されている。この複数の流通孔２の開口は絶縁基材１の一面及び他面において二次元的に分散するように設けられており、図示の例では流通孔２は平面視において平面正方格子状に配列するように設けられ、且つ隣り合う流通孔２同士の間隔が略等間隔となるように形成されている。流通孔２の配置の仕方はこのようなものには限られず、適宜のパターンに配置することができる。例えば、流通孔２を平面視において平面最密六方格子状（千鳥状）に配列するように設けると、流通孔２をより密に且つ均一に配置することができ、オゾンの生成を更に効率的に行うことが可能となる。各流通孔２の寸法や、各流通孔２同士の間隔などは、流通孔２内でガスＧに含まれる酸素が放電によりオゾンとなり、また流通孔２から噴出されるオゾンを含むガスＧが均一に噴射されるように、適宜設定すれば良いが、特にその直径（内径）を０．０１〜１５ｍｍの範囲に形成することが好ましく、また隣り合う流通孔２同士の間隔は０．０３〜６０ｍｍの範囲に形成することが好ましい。例えば、小領域に対するオゾンを供給する場合は流通孔２の径が小さくなるように形成することが好ましい。

電極３、４は銅、タングステン、アルミニウム、真鍮、ステンレス鋼などの導電性の金属材料を用いて形成することができるが、特に銅、タングステン等で形成することが好ましい。上記の絶縁基材１と電極３、４の材質は、オゾン発生デバイスＲの作製時やオゾン発生時にかかる熱負荷による変形量の相違による破損を防止するために、線熱膨張率の差が小さいもの同士を適宜選択して用いることが好ましい。また、電極３、４は、電圧が印加された際に流通孔２内において対となる電極３、４間で放電が発生するように形成されるものであり、例えば、対となる電極３、４間に電源６を接続して、この電極３、４間に高電圧が印加されるように形成される。対となる電極３、４のうちの一方は接地された接地電極として形成することができる。このとき流通孔２内の対となる電極３、４間の空間は放電空間として形成される。電極３、４は、上記のように放電空間内で放電を発生させることができるように適宜の形状に形成することができるが、絶縁基材１の内部に埋設された状態で、電極３、４が流通孔２の側方に配置されるように形成することが好ましい。

また、図１に示す例では、対となる一方の電極４と他方の電極３とが絶縁基材１内に埋設されており、且つ一方の電極４が絶縁基材１の一面側（上側、ガス導入口２ａ側）に、他方の電極３が絶縁基材１の他面側（下側、ガス吹出口２ｂ側）に配置されており、対となる電極３、４が流通孔２内でのガスＧの流通方向と平行な方向に並んで配置されている。電極３、４間は間隔をあけて配置されており、この電極３、４間には絶縁基材１を構成する絶縁材料（誘電体材料）が介在するようになっている。このとき図示の例では各電極３、４は絶縁基材１の内部に連続的な層状に形成され、且つ各流通孔２と合致する位置には開口８が形成され、この開口８の内面が流通孔２を取り囲むように形成されることで、各電極３、４が流通孔２を取り囲むように形成されている。すなわち、各電極３、４は各流通孔２ごとに別個に形成されているものではなく、連続した層状の電極３、４に形成された複数の開口８の内面が、各流通孔２内において放電を発生させる放電面として形成される。ここで、図１（ｂ）に示す例では、各電極３、４の開口８の内径と流通孔２の内径とが同一寸法に形成されて、開口８と流通孔２の各内面が面一となり、各電極３、４がその開口８の内面において流通孔２内に露出するように形成されている。この場合、電極３、４間に電圧が印加された際の放電性を高めることができ、ガスＧ中のオゾンの密度を向上してオゾンによる処理効率を向上することができる。

上記のようにして流通孔２におけるガスＧの流通方向と平行な方向に電極３、４を並べて設けると、図２（ａ）に示すように、電極３、４間の電位差によって流通孔２内に発生する電気力線（図中の矢印）は、ガスＧの流通方向と平行な方向となる。このとき、流通孔２内の放電空間では、高密度のストリーマ放電を生成することができるため、この放電によって生成されるオゾンの生成効率を高めることができる。特に図示の例では、電極３、４はその放電面が共に流通孔２を全周に亘り取り囲むように形成されているため、電気力線は流通孔２内の全周に亘って発生し、これに応じて放電が流通孔２内の内周全体に沿って発生し、このため、より高効率にオゾンを発生させることが可能となる。

ここで、絶縁基材１に流通孔２と電極３、４とが設けられたオゾン発生デバイスＲを得るにあたっては、例えば絶縁材料の粉体にバインダー等を混合して成形したシート材を、導電体膜を介して積層することができる。

シート材は、上記のような誘電体のセラミックスの粉体に、バインダー、或いは必要に応じて更に各種の添加剤を加えた混合材料をシート状に成形することで得ることができる。またこのシート材の厚みは、絶縁基材１の厚みや、電極３、４を二層に分けて形成する場合での電極３、４間の距離等に応じて適宜設定されるが、０．０５〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。また導電体膜は上記のような導電性の金属材料を絶縁基材上に印刷成形することで得ることができる。

そして、例えばシート材に対する導電体膜の形成と、これに対する他のシート材の積層を行って、シート材の層間に導電体膜が設けられた積層体を形成した後、これを焼成することで一体成形して、絶縁基材１を得ることができる。流通孔２は、この積層成形後に穿設しても良いが、シート材に予め流通孔２に相当する箇所に開口が設けられたものを用い、積層成形時のこの開口を位置合わせして成形することで、積層成形と同時に流通孔２を形成することが好ましい。

このとき、図１（ｂ）に示すように一方の電極４が絶縁基材１の一面側（上側、ガス導入口２ａ側）に、他方の電極３が絶縁基材１の他面側（下側、ガス吹出口２ｂ側）に配置されるように形成する場合には、例えば、まず第１のシート材の一面に導電体膜を、一方の電極４（又は３）の所望のパターン形状に印刷成形し、この導電体膜の上面に更に第２のシート材を積層して配置し、次いでこの第２のシート材の一面に導電体膜を他方の電極３（又は４）の所望のパターン形状に印刷成形し、この導電体膜の上面に更に第３のシート材を積層して配置する。また、電極４の所望のパターン形状に導電体膜が印刷成形されたシート材と、電極３の所望のパターン形状に導電体膜が印刷成形されたシート材と、導電体膜が形成されていないシート材とを、両面の最外層にそれぞれシート材が配置されると共に各導電体膜がシート材の間に配置されるように積層して配置するようにしても良い。次いで、この積層体を焼成することで、オゾン発生デバイスＲが作製される。そして本発明では電極３、４の絶縁基材１への埋設と電極３、４の配置とを一つの作業で行うことができ、電極３、４の絶縁基材１への埋設後に組み立て作業を行う必要が無く、安価に製造することができるものである。

上記のように構成されるオゾン発生装置によってオゾンを発生させるにあたっては、ガスＧをガス導入口２ａから絶縁基材１の各流通孔２内に流入させ、この流通孔２内の放電空間において電極３、４間の放電によりオゾンを生成した後に、ガス吹出口２ｂから吹き出させるようにする。

上記のガスＧとしては酸素を含んでいればよく、例えば、酸素ガス、空気、酸素を含む希ガスや窒素ガスをそれぞれ単独で用いたりあるいは複数種を混合したりして用いることができる。ガスＧ中の水分は、オゾンの生成を妨げるため、ガスＧは水分を殆ど含まないことが好ましい。また、ガスＧを放電空間（流通孔２）に投入する前に、シリカゲル等の乾燥剤を通過させることにより、ガスＧ中の水分を吸着し、ガスＧを乾燥させることができる。希ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトンなどを使用することができるが、放電の安定性や経済性を考慮するとアルゴンを用いることが好ましい。

上記のようなガスＧをオゾン発生デバイスＲの流通孔２に供給するためには、ガスボンベまたはエアポンプやブロワーと、ガス配管、混合器、圧力弁等で構成される適宜のガス供給手段２４を設けることができる。またガス供給手段２４にはガス乾燥手段２６を設けることができる。この場合は、図１４（ａ）に示すように、エアポンプなどの圧送手段２４ａの上流側にシリカゲル等を備えたガス乾燥手段２６を接続して設け、ガス乾燥手段２６で乾燥させたガスＧを圧送手段２４ａに供給し、その後、圧送手段２４ａから絶縁基材１の流通孔２に乾燥させたガスＧを供給することができる。また、図１４（ｂ）に示すように、絶縁基材１と圧送手段２４ａとの間にガス乾燥手段２６を設け、圧送手段２４ａからガス乾燥手段２６にガスＧを供給し、このガスＧをガス乾燥手段２６で乾燥させた後、絶縁基材１の流通孔２に供給することができる。

このようなガスＧは、流通孔２内の放電空間において電極３、４間の放電によりオゾンが生成されるものであるが、このとき電源６により電極３、４間に高電圧を印加されることにより、放電空間には電界が発生し、この電界の発生により大気圧下あるいはその近傍の圧力下（好ましくは１００〜３００ｋＰａ）で放電空間に気体放電が発生すると共にこの気体放電によりオゾンが生成されるものである。

また、ガス導入口２ａから流通孔２内に導入されたガスＧに放電を発生させるために電源６から電極３、４間に印加される電圧は、交番波形（交流波形）、パルス波形、或いはこれらの波形を重畳させた波形など、適宜の波形のものとすることができるが、特に、休止区間を持つパルス状の波形の電圧を印加することが好ましい。この場合、流通孔２内における安定した高効率な放電発生を可能とすることができ、このとき、複数の各流通孔２内において放電が発生されていないものが発生することを防止して、各流通孔２での均一な放電を維持することを可能とすることができる。放電の均一化が維持されるのは、一部の流通孔２内で偶発的に放電が発生しなくなっても、休止区間において各流通孔２内における放電状態が一旦キャンセルされ、休止区間の終了により再び電圧が印加された際に均一な放電状態に復帰するためであると、考えられる。

図３、４、５は、休止区間を持つパルス状の電圧を印加する場合の電圧の波形の例を示すものであり、図３に示す例は休止区間を介して交番する矩形波、図４に示す例は一定の周期で、立ち上がり、減衰、休止を繰り返す振動波パルス、図５は矩形波と同様に一波長内に正のパルス電圧出力、休止、負のパルス電圧出力、休止を１サイクルとして繰り返す対称パルスである。図５の対称パルス波形では、放電形態は矩形波に近い状態を得ることができ、また低い電圧でスイッチングを行い、昇圧にはトランスを用いることができるため、電源６の構成は矩形波用のものに比べて簡略化することが可能である。このとき、放電空間で気体放電を連続的に生成するのに必要な電極３、４間の電圧は流通孔２の内径や対となる電極３、４間隔によって異なるので適宜設定すればよいが、例えば、０．０５〜３０ｋＶに設定することができる。

また、電源６としてパルス状波形電源を用いた場合などでは、電極３、４間に印加される電圧波形の繰り返し周波数は１Ｈｚ〜２００ｋＨｚに設定するのが好ましい。この周波数が１Ｈｚ未満であれば、放電空間での放電を安定化させることができなくなり、オゾンの発生を効率よく行うことができなくなる恐れがある。また周波数が２００ｋＨｚを超えると、放電空間での気体放電の温度上昇が著しくなり、さらに一部の流通孔２に放電が集中しやすくなるため、複数の流通孔２内において均一に放電を発生させることが困難となる。

また、電源６としてパルス状波形電源を用いる場合に、特に高効率で安定した放電を発生させるためには、電圧波形のデューティー比が０．０１〜８０％となるようにすることが好ましい。ここで、図３に示すような矩形状のパルス波におけるデューティー比は、一つのパルスの立ち上がりから立ち下がりまでの幅を一つのパルスの立上がりから休止区間を経て次のパルスの立ち上がりまでの幅で割ったものである。また、図４、５に示すような振動波パルスの場合は、パルスの一回目の立ち上がりと、二回目のパルスの立ち下がり波形の間の幅を、一回目のパルスの立上がりから減衰振動部および休止区間までを含む期間で割ったものである。

この後、オゾンを含むガスＧはガス吹出口２ｂから連続的に吹き出されるものである。

図６に本発明の他の実施の形態を示す。このオゾン発生装置では、各電極３、４の開口８の内径は流通孔２の内径よりも大きくなるように形成されており、各電極３、４の開口８の内面はすべて絶縁基材１の内部に埋設されるようになっている。その他の構成及び使用方法等は上記の実施の形態と同様である。各電極３、４は流通孔２内には露出しないように形成され、電極３、４間に電圧が印加された際には、流通孔２内では誘電体バリア放電が発生する。この場合、各電極３、４の放電面が絶縁基材１を構成する絶縁材料（誘電材料）によって保護されることとなる。また、電極３、４を露出させる場合では高電圧下においてアークが発生して放電が不安定になる場合があるが、電極３、４を絶縁材料（誘電材料）によって被覆することで、高電圧下におけるアーク放電の発生が抑制されて、安定した放電の維持が可能となる。絶縁基材１を構成する絶縁材料（誘電材料）による各電極３、４の被覆の厚みは適宜設定されるが、電極３、４の表面を十分に保護すると共に良好な放電性を維持するためには、その厚みが０．０１〜３ｍｍの範囲であることが好ましい。また上記の電極３、４の間隔（放電面の間隔）は気体放電を安定に発生するために０．０１〜５ｍｍに設定するのが好ましい。

図７に他の実施の形態を示す。このオゾン発生装置では、オゾン発生デバイスＲとして図６に示す平面形状と断面形状を有するものを用い、オゾン発生デバイスＲの絶縁基材１にはその一面側（ガス導入口２ａが開口する側）に、ガス供給手段２４としてガス貯留室（ガスリザーバ）１１が設けられており、このとき流通孔２がガス貯留室１１内に連通するように形成されている。図示のガス貯留室１１は、一端側（図示では上端側）にガス貯留室１１へのガスＧの流入口１０が設けられており、他端側（図示では下端側）にはガス貯留室１１からのガスＧの流出口９が設けられている。そして、絶縁基材１は、ガス貯留室１１の流出口９が設けられている他端側に添設されている。このとき流出口９はガス貯留室１１に複数個設けられると共に各流出口９は絶縁基材１の複数の各流通孔２と合致する位置に設けられており、これにより、ガス貯留室１１内と流通孔２とは、流出口９を介して連通するように形成されている。

ガス貯留室１１は全ての流通孔２に対してガスＧをほぼ均一な流速で供給するためのガス均一化手段として設けられるものである。すなわち、ガスＧは、流入口１０からガス貯留室１１に流入することにより圧力が緩和されて降下するものであり、これにより、全ての流通孔２に対してガスＧをほぼ均一な流速で供給することができ、この結果、全ての流通孔２でのオゾン生成が均一になり、オゾンの生成効率を高めることができる。

また、ガス貯留室１１には、温度調整手段２０として放熱器７の機能を具備させることもでき、これにより、絶縁基材１と放熱器７とを密着して形成することができる。図示の例では、ガス貯留室１１を構成する隔壁のうち、流出口９が形成されている端部側の隔壁（端部隔壁）と、ガス貯留室１１の一端と他端の間の側部を構成する、前記端部隔壁と一体に形成された隔壁（側部隔壁）によって、放熱器７が形成されており、側部隔壁には、外面に外方に突出する放熱フィン７ｂを設け、また端部隔壁にはガス貯留室１１の内面において、流出口９が形成されていない部分に内方に突出する吸熱フィン７ａが形成されている。

このような放熱器７を設けると、ガスＧの熱は吸熱フィン７ａによって吸収されて、端部隔壁と側部隔壁を伝達して放熱フィン７ｂにより装置外部に放散される。これにより、ガスＧの温度上昇を抑制して、それに伴って絶縁基材１の温度上昇を抑制することができ、オゾンの生成効率の低下を抑えることができるものである。尚、オゾンの生成に好適な温度は５０〜７０℃であり、温度調整手段２０によりこの好適な温度にまで調整することができる。

上記のガス貯留室（放熱器７）１１は、熱伝導性の高い材質にて形成することが好ましく、例えば銅、ステンレス、アルミニウム、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、高熱伝導性プラスチック等にて形成することができる。ガス貯留室１１及び放熱器７を窒化アルミニウム等の絶縁物で形成することによって、電極３、４間に印加する高周波の電圧の影響を受けにくくなり、これにより、電極３、４間に投入される電力の損失がほとんど無くなって効率的な放電を行うことができ、しかも、高熱伝導であるために冷却効率を高くすることができるものである。

また、温度調整手段２０により絶縁基材１の温度上昇を抑制すると、絶縁基材１が熱変形を生じて割れ等の破損が発生することを防止することができる。また絶縁基材１の一部が過剰に加熱されると、各流通孔２内における放電が不均一になるおそれがあるが、絶縁基材１の温度上昇を抑制することでこのような各流通孔２ごとでの放電の不均一化を防止し、均一なオゾン生成を維持することができるものである。

絶縁基材１と放熱器７との接合は、熱伝導性が良好で、ガスＧのリークを防ぐことができる方式を採用するのが好ましく、例えば、熱伝導性グリス、熱伝導性両面テープ、接着樹脂含浸接合材により接着したり、絶縁基材１と放熱器７との接合面を鏡面研磨し、これらを圧着により接合することもできる。

また、絶縁基材１と放熱器７を一体として形成することも好ましい。このように成形することにより、放電空間からの発熱を放熱器７により効率よく吸収させることができ、しかも、ガスＧのリークも防止できるため、絶縁基材１の温度分布を均一にし、放電を安定化することができる。

図８、９に他の実施の形態を示す。図７のものでは、放熱器７は放熱フィン７ｂが設けられた空冷式のものであるが、放熱器７として水冷式のものを設けても良い。図８、９に示す例では、端部隔壁における、各流出口９の間の部位に、冷却水が流通する通水路７ｃが設けられており、この通水路７ｃに冷却水が流通することで、絶縁基材１を冷却するようにしている。ここで、図８は図１に示す平面視形状と断面形状を有するオゾン発生デバイスＲに放熱器７を設けたものを、図９は図６に示すオゾン発生デバイスＲに放熱器７を設けたものを、それぞれ示している。このようにすると、絶縁基材１に密着して配置されている端部隔壁が冷却されることで、絶縁基材１が効率良く冷却され、絶縁基材１の温度上昇を抑制することができる。

図１０に本発明の他の実施の形態を示す。このオゾン発生装置では、絶縁基材１は一面が上方に、他面が下方に配置されており、平面視長方形状（スリット状）の複数の流通孔２が上下方向に貫通してガス導入口２ａが上側、ガス吹出口２ｂが下側に開口するように形成されている。この複数の流通孔２の開口は絶縁基材１の一面及び他面において平行並列に配列するように設けられ、且つ隣り合う流通孔２同士の間隔が略等間隔となるように形成されている。各流通孔２の寸法や、各流通孔２同士の間隔などは、流通孔２内でガスＧが放電によりオゾンとなり、また流通孔２から噴出されるオゾンを含むガスＧが均一に噴射されるように、適宜設定すれば良いが、特にその幅寸法（短手方向の寸法）を０．０１〜１５ｍｍの範囲に形成することが好ましく、また流通孔２同士の間隔は０．０１〜３０ｍｍの範囲に形成することが好ましい。この場合、流通孔２のガス吹出口２ｂからは、流通孔２の長手方向に沿って、オゾンを含むガスＧが連続的に噴射されることとなる。

また、絶縁基材１中の同一の層内に、対となる二種の電極３、４が間隔をあけてパターン状に埋設されており、一方の電極４は各流通孔２の一側に、他方の電極３は各流通孔２の他側に配置されるようになっている。また、対となる一方の電極４と他方の電極３とが絶縁基材１内に埋設されており、且つ各電極３、４は絶縁基材１内の同一の層内に配置されており、対となる電極３、４が流通孔２内でのガスＧの流通方向と交差する方向（直交する方向）に並んで配置されている。電極３、４間は間隔をあけて配置されており、この電極３、４間には絶縁基材１を構成する絶縁材料（誘電体材料）が介在するようになっている。また、各電極３、４は絶縁基材１の内部に連続的な層状に形成されているが、このとき各電極３、４は流通孔２の並び方向に沿った方向に長い給電部３ａ，４ａから流通孔２の長手方向に長い複数の電極部３ｂ，４ｂを延設した櫛形状に形成されており、隣り合う流通孔２の間には、各電極３、４の電極部３ｂ，４ｂが交互に配置されるようになって、流通孔２の一側には一方の電極３の電極部３ｂが、他側には他方の電極４の電極部４ｂがそれぞれ配置される。すなわち、各電極３、４は各流通孔２ごとに別個に形成されているものではなく、連続した層状の電極３、４に形成された電極部３ｂ，４ｂの端面が、各流通孔２内において放電を発生させる放電面として形成される。また上記の電極３、４の間隔（放電面の間隔）は気体放電を安定に発生するために０．０１〜５ｍｍに設定するのが好ましい。このように電極３、４を配設すると、図２（ｂ）に示すように、電極３、４間の電位差によって流通孔２内に発生する電気力線（図中の矢印）は、ガスＧの流通方向と交差する方向となる。このとき、ガスＧの流通方向と交差する方向に放電を発生させて、ガスＧ中の酸素をオゾン化することができるものである。

ここで、各電極３、４の電極部３ｂ，４ｂの対向する端面同士の間隔は、流通孔２の開口の幅寸法よりも大きくなるように形成されており、各電極３、４の電極部３ｂ，４ｂの端面はすべて絶縁基材１の内部に埋設されるようになっている。このとき、各電極３、４は流通孔２内には露出しないように形成されている。この場合、各電極３、４の放電面が絶縁基材１を構成する絶縁材料（誘電材料）によって保護されることとなり、図６に示す場合と同様に電極３、４の損耗を防止することができるものである。この場合も、絶縁基材１を構成する絶縁材料（誘電材料）による各電極３、４の被覆の厚みは０．０１〜３ｍｍの範囲であることが好ましい。

また、各電極３、４の電極部３ｂ，４ｂの対向する端面同士の間隔と流通孔２の開口の幅寸法を同一寸法に形成して、電極部３ｂ，４ｂの端面と流通孔２の内面が面一となり、各電極３、４がその電極部３ｂ，４ｂの端面において流通孔２内に露出するように形成しても良い。この場合、図１（ｂ）に示す場合と同様に、ガスＧ中のオゾンの密度を向上してオゾンによる処理効率を向上することができる。

また、図１０に示すように流通孔２をスリット状に形成する場合においても、図１，６に示すものと同様に、一方の電極４が絶縁基材１の一面側（上側、ガス導入口２ａ側）に、他方の電極３が絶縁基材１の他面側（下側、ガス吹出口２ｂ側）に配置されるようにし、対となる電極３、４が絶縁基材１を構成する絶縁材料（誘電体材料）を介して、流通孔２内でのガスＧの流通方向と平行な方向に間隔をあけて並んで配置されるようにすることができる。この場合は、例えば各電極３、４を絶縁基材１の内部に連続的な層状に形成し、且つ各流通孔２と合致する位置に開口を形成し、この開口の内面が流通孔２を取り囲むように形成することができる。この場合、電極３、４間の電位差によって流通孔２内に発生する電気力線は、図２（ａ）に示すようにガスＧの流通方向と平行な方向となり、流通孔２内の放電空間では、高密度のストリーマ放電を生成することができるため、この放電によって生成されるオゾンの密度を高めることができる。

図１０に示すオゾン発生デバイスＲのように、対となる一方の電極４と他方の電極３とが絶縁基材１内の同一の層内に配置される場合には、例えば、まず第１のシート材の一面に導電体膜を、一方の電極４及び他方の電極３の所望のパターン形状に印刷成形し、この導電体膜の上面に更に第２のシート材を積層して配置する。次いで、この積層体を焼成することで、オゾン発生デバイスＲを作製することができる。尚、図１０のオゾン発生装置には上記と同様の水冷式の放熱器７が設けられている。

図１１に本発明の他の実施の形態を示す。このオゾン発生装置では、図６において、ガス貯留室１１と温度調整手段２０と温度測定手段２３と制御手段２７とを備えて形成されている。温度調整手段２０は熱電素子（ペルチェ素子）２１で形成されており、上下に貫通する複数の貫通孔２１ａを備えて平板状に形成されている。また、熱電素子２１の上面には複数の放熱フィン２１ｂが備えられている。そして、貫通孔２１ａの下面開口と流通孔２のガス導入口２ａとを位置合わせた状態で、熱電素子２１が絶縁基材１の上面に密着して設けられている。ガス貯留室１１は上記と同様に箱状に形成されており、その上面には流入口１０が形成されていると共にガス貯留室１１の下面には複数の流出口９が形成されている。そして、流出口９と熱電素子２１の貫通孔２１ａの上側開口とがパイプ１１ａで接続されている。この場合、ガス貯留室１１に供給されたガスＧがパイプ１１ａを通じて各貫通孔２１ａに供給され、その後、各貫通孔２１ａを通じて絶縁基材１の流通孔２にガスＧが供給されるものである。

温度測定手段２３は熱電対等で形成されるものであって、絶縁基材１の上面に設けられている。制御手段２７はマイクロコンピュータ等を備えたものであって、上記の熱電素子２１と温度測定手段２３とに電気的に接続されている。そして、温度測定手段２３で測定した絶縁基材１の温度に基づいて制御手段２７により熱電素子２１への通電量を増減し、これにより、熱電素子２１の発熱あるいは冷却温度をコントロールして絶縁基材１の温度を調整するものである。尚、オゾンの発生方法等の他の構成は上記の実施の形態と同様である。

そして、このオゾン発生装置では、熱電素子２１の吸熱側を絶縁基材１に接触させて絶縁基材１を冷却したり、熱電素子２１の発熱側を絶縁基材１に接触させて絶縁基材１を加熱したりすることができる。寒冷地などの低温で使用する場合は、絶縁基材１がオゾンの発生効率の高い好適な温度となるように、温度調整手段２０で加熱することができる。

図１２に本発明の他の実施の形態を示す。このオゾン発生装置では、図６において、ガス貯留室１１と温度調整手段２０と温度測定手段２３と制御手段２７とを備えて形成されている。温度調整手段２０は電気ヒータ２２で形成されており、上下に貫通する複数の貫通孔２２ａを備えて平板状に形成されている。そして、貫通孔２２ａの下面開口と流通孔２のガス導入口２ａとを位置合わせた状態で、電気ヒータ２２が絶縁基材１の上面に密着して設けられている。ガス貯留室１１は上記と同様に箱状に形成されており、その上面には流入口１０が形成されていると共にガス貯留室１１の下面は略全面にわたって流出口９として開放されている。そして、貫通孔２２ａの上側開口を覆うようにガス貯留室１１を電気ヒータ２２の上面に設けることによって、流出口９と貫通孔２２ａとが接続されている。この場合、ガス貯留室１１に供給されたガスＧが流出口９を通じて各貫通孔２２ａに供給され、その後、各貫通孔２２ａを通じて絶縁基材１の流通孔２にガスＧが供給されるものである。このように温度調節手段２０として電気ヒータ２２を設けた場合は、寒冷地などの低温で使用するにあたって、絶縁基材１がオゾンの発生効率の高い好適な温度となるように、温度調整手段２０で加熱することができる。

温度測定手段２３は上記と同様に熱電対等で形成されるものであって、絶縁基材１の上面に設けられている。制御手段２７は上記と同様にマイクロコンピュータ等を備えたものであって、上記の電気ヒータ２２と温度測定手段２３とに電気的に接続されている。そして、温度測定手段２３で測定した絶縁基材１の温度に基づいて制御手段２７により電気ヒータ２２への通電量を増減し、これにより、電気ヒータ２２の発熱温度をコントロールして絶縁基材１の温度を調整するものである。尚、オゾンの発生方法等の他の構成は上記の実施の形態と同様である。

尚、図１１、１２以外のオゾン発生装置にも絶縁基材１の温度を測定するための熱電対等の温度測定手段２３や制御手段２７を設け、温度測定手段２３で測定した絶縁基材１の温度に基づいて温度調整手段２０による冷却や加熱の強弱を制御手段２７で調整することができる。この場合、絶縁基材１がオゾンの発生効率の高い好適な温度となるように、温度調整手段２０で絶縁基材１を温度調整しやすくなるものである。

図１３に本発明の他の実施の形態を示す。このオゾン発生装置では、絶縁基材１の流通孔２の周辺部分の誘電率が他の部分の誘電率よりも高く形成されているものであり、その他の構成は図６のものと同様である。ここで、誘電率の高い部分は流通孔２の周囲の０．１〜１ｍｍの部分であって、流通孔２の全周及び上下全長にわたって形成されている。このような誘電率の高い部分は筒部材２５を絶縁基材１に上下に貫通するように挿着して形成することができる。この場合、筒部材２５の内側空間が流通孔２として形成される。また、流通孔２の周辺部分の誘電率は他の部分の誘電率よりも１．１〜３０００倍高くすることができる。このような誘電体の高い材料としてはチタン酸バリウム等を例示することができる。この絶縁基材１を用いて図７〜１０、１１、１２と同様のオゾン発生装置を形成することができる。

本発明のオゾン発生装置は、例えば、シンクの排水口に設けてオゾンによる除菌で排水口のぬめりの発生を抑制するのに利用することができる。この場合、図１５に示すように、シンク２８の排水口２８ａの下側に設けたトラップ部２９と、上記本発明のオゾン発生装置Ａ（のガス吹出孔２ｂ）とをオゾン供給管３０で接続し、オゾン発生装置Ａからオゾン供給管３０を通じてオゾンを含むガスＧをトラップ部２９に溜まった排水（封水）３１にバブリング等により供給することができる。また、本発明のオゾン発生装置は、便器や便座に設けてオゾンによる除菌で水垢の発生を抑制するのに利用することができる。この場合、図１６に示すように、便器３４とトラップ部３２との接続部分で形成される水溜部３３と、便器３４に内蔵した上記本発明のオゾン発生装置Ａ（のガス吹出孔２ｂ）とをオゾン供給管３０で接続し、オゾン発生装置Ａからオゾン供給管３０を通じてオゾンを含むガスＧを水溜部３３に溜まった排水（封水）３５にバブリング等により供給することができる。さらに、本発明のオゾン発生装置は、食器洗い乾燥機に設けてオゾンによる食器の除菌、洗浄するのに利用することができる。

以下本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
第１のシート材（厚み０．４ｍｍ）の一面に導電体膜を印刷成形し、この導電体膜の上面に更に第２のシート材（厚み１．４ｍｍ）を積層して配置し、この第２のシート材の一面には導電体膜を印刷成形し、この導電体膜の上面には第３のシート材（厚み１．４ｍｍ）を積層して配置した。

このとき、第１〜第３のシート材は、アルミナ粉末を含む混合材料をシート状に成形することで形成し、また各シート材には、直径１ｍｍの開口を形成して、この各開口の位置が合致するように積層した。

また導電体膜は、タングステン層を印刷成形することで形成し、上記シート材の開口よりも大きい直径３ｍｍの開口８がシート材の開口を囲むように配されたパターン状に形成した。

このように形成された積層体を加熱焼成することで、図６に示す平面視形状と断面形状を有するオゾン発生デバイスＲを作製した。

このとき、絶縁基材１は直径１ｍｍの５５個の流通孔２を具備すると共に厚み３．２ｍｍに形成され、またこれら５５個の各流通孔２は平面視４５×２２ｍｍの範囲の領域にわたり、隣り合う流通孔２同士の間隔が４．５ｍｍとなるように配置されるようにした。

また、電極３、４は厚み３０μｍの上下二層のタングステン導電体層にて形成され、各流通孔２の周囲を電極３、４の開口８が取り囲むように設置されるようにした。また上下一対の電極３、４の間隔（放電面の間隔）は１．４ｍｍとした。またこの電極３、４の開口８は直径３ｍｍに形成され、流通孔２の内面には露出させず、電極３、４の開口８と、流通孔２の内面との間には、絶縁基材１を構成する絶縁材料（誘電材料）による厚み１ｍｍの絶縁被覆を形成されるようにした。また上部の電極４は電源６に接続し、下部の電極３は接地した。

この絶縁基材１の上部には、図９に示すような銅製の放熱器７が設けられたガス貯留室１１を設置し、ガスＧはガス貯留室１１の上部の流入口１０から導入され、絶縁基材１の流通孔２へ流入するように形成した。放熱器７に設けられた通水路７ｃには冷却水を循環させ、絶縁基材１の過度の加熱を防止するようにした。

（実施例２）
第１のシート材（厚み０．７ｍｍ）の一面に導電体膜を印刷成形し、この導電体膜の上面に更に第２のシート材（厚み１．５ｍｍ）を積層して配置した。

このとき、第１，第２のシート材は、実施例１の場合と同様の含アルミナ混合材料をシート状に成形することで形成し、また各シート材には、平面視の幅１ｍｍ、長さ２２ｍｍのスリット状の開口を複数形成して、この各開口の位置が合致するように積層した。

また導電体膜は、実施例１と同様のタングステン導電体層を印刷成形することで形成し、図１０（ｂ）に示すような櫛形のパターン状に形成した。

このように形成された積層体を加熱焼成することで、図１０（ａ）に示す構成を有するオゾン発生デバイスＲを作製した。

このとき、絶縁基材１は平面視の幅１ｍｍ、長さ２２ｍｍのスリット状の１１個の貫通孔２を具備すると共に厚み２．２ｍｍに形成され、またこれら各流通孔２は平面視４５×２２ｍｍの範囲の領域にわたり、隣り合う流通孔２同士の間隔が３．５ｍｍとなるように配置されるようにした。

また、電極３、４は絶縁基材１内の同一層内に厚み１００μｍに形成され、各流通孔２の一側に一方の電極４が、他側に他方の電極４が配置されるようにした。また一対の電極３、４の間隔（放電面の間隔）は２ｍｍとなるようにした。このため、この電極３、４は流通孔２の内面には露出せず、電極３、４の端縁（放電面）と、流通孔２の内面との間には、絶縁基材１を構成する絶縁材料（誘電材料）による厚み０．５ｍｍの絶縁被覆を形成されるようにした。また一方の電極４は電源６に接続し、他方の電極３は接地した。

この絶縁基材１の上部には、図１０（ａ）に示すような窒化アルミニウム製の放熱器７が設けられたガス貯留室１１を設置し、ガスＧはガス貯留室１１の上部の流入口１０から導入され、絶縁基材１の流通孔２へ流入するように形成した。放熱器７に設けられた通水路７ｃには冷却水を循環させ、絶縁基材１の過度の加熱を防止するようにした。

（実施例３）
電極３、４の開口８の内径と流通孔２の内径とを共に１ｍｍの寸法に形成して、開口８の内面を流通孔２の内面で露出するように形成した（図８参照）。これ以外は実施例１と同様にしてオゾン発生装置を形成した。

（実施例４）
電極３、４の開口８の内径を３ｍｍの寸法に形成し、流通孔２を内径１ｍｍ、外径３ｍｍのチタン酸バリウム系セラミックス製のチューブ（筒部材２５）を接合することにより流通孔２を形成した（図１３参照）。これ以外は実施例１と同様にしてオゾン発生装置を形成した。

（実施例５）
ガスＧをポリプロピレン製ボックス内にシリカゲルを充填したガス乾燥器（ガス乾燥手段２６）を通過させた後、ガス貯留室１１の上部の流入口１０から導入され、絶縁基材１の流通孔２へ流入するように形成した（図１４参照）。これ以外は実施例１と同様にしてオゾン発生装置を形成した。

（比較例）
図１７に示す装置を作成し、オゾン生成を行った。電極３、４は長さ５０ｍｍの直方体形状からなるチタン製である。電極３、４の表面に溶射法により１ｍｍの厚みでアルミナの層を形成して誘電体被膜３６とした。また、電極３、４の内部には冷却水を循環した。このように形成される一対の電極３、４を、１ｍｍの間隔を設けて対向配置し、均一な電界分布が得られるようにした。オゾン生成用のガスＧは電極３、４の上部に設置したガスポート３７から導入される。

（評価）
上記のようなオゾン発生装置を用いて、空気１０リットル／分のガスＧを放電空間に導入し、電源６により電極３、４間に正弦波状波形を有する６０Ｈｚ、１０ｋＶの電圧を印加し、電極３、４間の放電空間で放電を発生させ、オゾンを生成した。

オゾン発生装置から生成したオゾンを配管によりメチレンブルー水溶液内に導入し、メチレンブルー水溶液の脱色に必要な時間を比較した。メチレンブルーは、オゾンにより分解され、青色から無色に変化する有機染料である。比較例において脱色に必要な時間を１とした時の、各実施例における脱色に必要な時間を表に示す。表に示すとおり、各実施例において、メチレンブルーの脱色時間が短縮されることがわかる。すなわち、実施例は、比較例に比べて、オゾン生成効率が高いことがわかる。

Ｇ ガス
１ 絶縁基材
２ 流通孔
３ 電極
４ 電極
６ 電源
７ 放熱器
２０ 温度調整手段
２１ 熱電素子
２２ 電熱線
２３ 温度測定手段
２４ ガス供給手段
２６ ガス乾燥手段

Claims (9)

1. 絶縁基材に設けられた複数の電極と、電極間に電圧を印加するための電源とを備え、酸素を含むガスを流通させるための複数の流通孔を絶縁基材及び電極に貫通させて設けて成ることを特徴とするオゾン発生装置。
2. 温度調整手段を絶縁基材に設けて成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. 温度調整手段が放熱器であ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. 温度調整手段が熱電素子であることを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生装置。
5. 温度調整手段が電熱線であることを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生装置。
6. 温度測定手段を絶縁基材に設けて成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のオゾン発生装置。
7. 絶縁基材の流通孔の周辺部分の誘電率が他の部分の誘電率よりも高いことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のオゾン発生装置。
8. 流通孔に対してガスを供給するためのガス供給手段を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のオゾン発生装置。
9. ガス供給手段にガスを乾燥させるためのガス乾燥手段を備えて成ることを特徴とする請求項８に記載のオゾン発生装置。
   

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