JP2015137215A - オゾン発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】使用環境の湿度が高くなっても、オゾン発生の変化が少なく、幅広い湿度環境（絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ3）において安定したオゾン発生を得ることができるオゾン発生器を提供する。【解決手段】２つの電極２０が所定のギャップ長Ｄｇを隔てて配置された１以上の電極対１６を有し、電極対１６の少なくとも２つの電極２０間に原料ガス１２を通過させ、２つの電極２０間に放電を発生させることで、オゾンを発生させるオゾン発生器１０において、電極２０は、中空部３０を有する筒状の誘電体３２と、該誘電体３２の中空部３０内に位置された導体３４とを有する。ギャップ長Ｄｇは１．０ｍｍ未満である。【選択図】図１

Description

本発明は、電極間に原料ガスを通過させ、電極間に放電を発生させることで、オゾンを発生させるオゾン発生器に関する。

オゾン発生器は、放電発生装置により発生した放電を利用して生成された熱的非平衡プラズマ中に、空気等の酸素を含有するガスを通すことにより、オゾンを発生する装置である。放電発生装置としては例えば無声放電方式がある。この方式は、例えば高電圧電極と接地電極の放電ギャップ間に、高圧交流電源より発生した数〜数十ｋＶの高電圧を印加して微小放電柱の集合である放電を発生させる。酸素含有ガスは放電によって分解され、これによって、オゾンが発生する。

従来、このようなオゾン発生器の構成としては、例えば特許文献１〜３に開示がある。

すなわち、特許文献１の段落［０００２］には、「無声放電式オゾン生成装置は１又は２の誘電体を挟んで対向した電極を有し、誘電体と電極との隙間又は誘電体同士の隙間に酸素を含む原料ガス（高濃度酸素（ＰＳＡ酸素）や脱湿空気等）を通過させながら前記電極に交流高電圧を印加し、無声放電により酸素を解離させてオゾンを生成する。前記隙間は１ｍｍ前後で、誘電体には絶縁耐力の高いガラスやセラミックが用いられる。」と記載されている。

さらに、特許文献１の［発明が解決しようとする課題］の段落［０００５］には、「誘電体と電極との隙間又は誘電体同士の隙間をより狭くする(０．５〜１ｍｍ）ことにより、印加電圧を抑えつつ空間のエネルギーを高めると共に」との記載がある。

また、特許文献２の段落［００１１］に、「乾燥空気を原料とし、円筒状の高圧電極に対し、同軸に円筒状の低圧電極を配置し、前記高圧電極と前記低圧電極との間に誘電体を介して所定の高電圧を印加して放電させ、前記放電によりオゾンを発生させるオゾン発生装置において、放電ギャップ長ｄが０．３ｍｍ〜０．５ｍｍとされている。」との記載がある。

また、特許文献３の段落［０００８］には、「放電電極と、前記放電電極に対向する誘導電極と、前記放電電極と前記誘導電極との間に設けられた誘電体層と、前記放電電極上に形成された撥水層とを備えている。」と記載されている。

特開平１０−３２４５０４号公報 特開２０１３−１９３８９３号公報 特開２０１３−０６０３２７号公報

特許文献１では、誘電体を挟んで対向した電極を有し、誘電体と電極との隙間又は誘電体同士の隙間をより狭くすること、具体的には、０．５〜１ｍｍにし、さらに、対向する電極を強制空冷する等して温度上昇を抑制することで、オゾン収率を高めようとしていることが記載されている。しかし、電極間の狭小化には限界があり、オゾン濃度を高めることが難しいことが記載されている。つまり、特許文献１では、誘電体と電極との隙間又は誘電体同士の隙間を０．５〜１ｍｍとすることが記載されているが、特許文献１の段落［０００５］の記載内容から、その実現には困難が伴うことが示唆されている。

特許文献２では、同軸上に円筒状の高圧電極と低圧電極を配置し、さらに、放電ギャップ長ｄを０．３ｍｍ〜０．５ｍｍに設定している。この場合、高圧電極や低圧電極に付着する水分子やＯＨが存在すると共に、高圧電極と低圧電極との中央部分に位置する水分子やＯＨが存在することとなる。この特許文献２記載のオゾン発生器において、オゾン発生量を増やすには放電面積を増やす必要があり、両電極の円筒の径を大きくするか、円筒を長くしなければならない。径を大きくすると全体の体積が大きくなり、サイズが大型化するという問題がある。円筒を長くすると、高圧電極と低圧電極との中央部分に位置する水分子やＯＨが広範囲にわたって存在することとなり、そのため、オゾンの生成が阻害されたり、オゾンの生成効率が低下するという問題がある。

また、特許文献３では、放電電極上に撥水層を設けている。しかしながら、特許文献３の段落［００２０］に記載されているように、剥離防止のための保護膜を誘電体層と撥水層の間に設けていても、長期間の運転では剥離するおそれがある。しかも、高湿度環境では運転時間の経過に伴ってオゾンの生成効率が下がっていく、という問題がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、使用環境の湿度が高くなっても、オゾン発生の変化が少なく、幅広い湿度環境（絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³）において安定したオゾン発生を得ることができるオゾン発生器を提供することを目的とする。

［１］ 本発明に係るオゾン発生器は、２つの電極が所定のギャップ長を隔てて配置された１以上の電極対を有し、前記電極対の少なくとも前記２つの電極間に原料ガスを通過させ、前記２つの電極間に放電を発生させることで、オゾンを発生させるオゾン発生器において、前記電極は、中空部を有する筒状の誘電体と、該誘電体の前記中空部内に位置された導体とを有し、前記ギャップ長は１．０ｍｍ未満であることを特徴とする。

これにより、高湿度環境であっても、オゾンの生成に影響を与える水分子やＯＨが誘電体の表面に付着し、誘電体の付近や放電空間の中央部分に存在する水分子やＯＨの量が減少する。そのため、オゾンの生成が阻害されず、オゾン生成量の減少を抑制することができる。さらに、誘電体の付近や放電空間の中央部分に水分子やＯＨが存在する範囲も狭くなるため、オゾンの生成が阻害される範囲も小さく、オゾン生成量の減少が少ない。

その結果、湿度が高くなってもオゾン発生の変化が少なくなり、幅広い湿度環境（絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³）において、安定したオゾン発生が得られるオゾン発生器とすることができる。

また、特許文献３のような撥水層が存在しないため、長期間の運転による撥水層の剥離の影響も無く、長期間において安定したオゾン発生量が得られる。

［２］ 本発明において、前記ギャップ長は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、さらにオゾンの生成を阻害する水分子やＯＨが誘電体に付着する割合が増え、水分子やＯＨが誘電体の付近や放電空間の中央部分に存在する割合が減少するため、オゾン生成量の減少をさらに抑えることができる。

［３］ 本発明において、前記ギャップ長は０．１ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、放電空間が水分子やＯＨによって短絡することが回避され、オゾン生成量の減少を抑えることができる。

［４］ 本発明において、前記ギャップ長は０．２ｍｍ以上であることが好ましい。放電空間が水分子やＯＨによって短絡することがさらに回避され、オゾン生成量の減少を抑えることができる。

［５］ 本発明において、前記原料ガスが大気であってもよい。この場合、除湿されていない空気であっても構わない。

［６］ 本発明において、前記原料ガスが絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³の大気であってもよい。

［７］ 本発明において、前記２つの電極で挟まれた空間が放電空間であり、複数の前記電極対が並列もしくは直列又は並列及び直列に配置され、前記原料ガスの流れの主方向を法線方向とする原料ガス通過面に、前記放電空間ではない部分が存在してもよい。

［８］ 本発明において、前記２つの電極間に交流電圧を印加する電源を有し、前記２つの電極で挟まれた空間が放電空間であり、前記放電空間を通過する前記原料ガスの流速をＶ（ｍ／ｓ）、前記交流電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、前記放電空間のうち、前記原料ガスの流れの主方向に沿った長さをＬ（ｍ）としたとき、
０．５＜Ｌ／Ｖ／ｆ
を満足することが好ましい。

これにより、放電によって発生したオゾンは、再び放電にさらされ難くなるため、Ｏ原子との反応による分解反応や、水分子やＯＨとの反応による分解反応が起きず、オゾン発生の低減を少なくすることが可能となる。

［９］ 本発明において、前記２つの電極間に交流電圧を印加する電源を有し、前記２つの電極で挟まれた空間が放電空間であり、前記放電空間を通過する前記原料ガスの流速をＶ（ｍ／ｓ）、前記交流電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、前記放電空間のうち、前記原料ガスの流れの主方向に沿った長さをＬ（ｍ）としたとき、
１＜Ｌ／Ｖ／ｆ
を満足することが好ましい。

これにより、放電によって発生したオゾンは、再び放電にさらされ難くなる度合いが高くなる。そのため、Ｏ原子との反応による分解反応や、水分子やＯＨとの反応による分解反応が起きず、オゾン発生の低減をさらに少なくすることが可能となる。

［１０］ 本発明において、５０＞Ｌ／Ｖ／ｆを満足することが好ましい。これにより、反応しないまま通過する原料ガスが減少するため、オゾン発生の低減を少なくすることが可能となる。

［１１］ 本発明において、２０＞Ｌ／Ｖ／ｆを満足することが好ましい。これにより、反応しないまま通過する原料ガスがさらに減少するため、オゾン発生の低減をより少なくすることが可能となる。

本発明に係るオゾン発生器によれば、使用環境の湿度が高くなっても、オゾン発生の変化が少なく、幅広い湿度環境（絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³）において安定したオゾン発生を得ることができるオゾン発生器を提供することができる。

本実施の形態に係るオゾン発生器の要部を示す縦断面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線上の断面図である。 図３Ａは電極対のギャップ長を大きくした場合の問題点を示す説明図であり、図３Ｂは本実施の形態に係るオゾン発生器の効果を示す説明図である。 第１変形例に係るオゾン発生器の要部を示す縦断面図である。 第２変形例に係るオゾン発生器の要部を示す縦断面図である。 第３変形例に係るオゾン発生器の要部を示す縦断面図である。 本実施の形態に係るオゾン発生器の要部であって、特に、放電空間を通過する原料ガスの流速Ｖ（ｍ／ｓ）、交流電圧ｖの周波数ｆ（Ｈｚ）、放電空間のうち、原料ガスの流れの主方向に沿った長さＬ（ｍ）を示す説明図である。 サンプル１〜６について、絶対湿度を変化させた場合のオゾン発生効率の変化を示すグラフである。 それぞれ原料ガスの流量が異なるサンプル１１〜１３について、Ｌ／Ｖ／ｆを変化させたときのオゾン濃度の変化を示すグラフである。

以下、本発明に係るオゾン発生器の実施の形態例を図１〜図９を参照しながら説明する。なお、本明細書において数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。

本実施の形態に係るオゾン発生器１０は、図１及び図２に示すように、原料ガス１２が流通する筐体１４と、筐体１４の内部に設置された１以上の電極対１６と、交流電源１８とを有する。電極対１６は、２つの電極２０（一方の電極２０ａ及び他方の電極２０ｂ）が所定のギャップ長Ｄｇを隔てて配置されて構成されている。交流電源１８は、２つの電極２０間に交流電圧ｖ（＝Ａｓｉｎ（２πｆ）ｔ）を印加する。

オゾン発生器１０は、電極対１６の少なくとも２つの電極２０間に原料ガス１２を通過させ、２つの電極２０間に放電を発生させることで、オゾンを発生させる。２つの電極２０で挟まれた空間は、放電が発生する空間であることから、ここでは、放電空間２２と定義する。

また、このオゾン発生器１０は、原料ガス１２の流れの主方向を法線方向とする原料ガス通過面２４に、放電空間ではない部分２６が存在する。具体的には、原料ガス通過面２４のうち、一方の電極２０ａと筐体１４の一方の内壁２８ａ（一方の電極２０ａに近接する内壁）間の部分と、他方の電極２０ｂと筐体１４の他方の内壁２８ｂ（他方の電極２０ｂに近接する内壁）間の部分とがそれぞれ放電空間ではない部分２６である。なお、原料ガス１２の流れの主方向とは、原料ガス１２の中央部分における指向性のある流れの方向を示し、これは、原料ガス１２の周辺部の指向性のない流れ成分の方向を排除する意味である。

各電極２０は棒状を有し、中空部３０を有する筒状の誘電体３２と、該誘電体３２の中空部３０内に位置された導体３４とを有する。図１及び図２では、誘電体３２は円筒状を有し、横断面形状が円形の中空部３０が形成された例を示す。導体３４は横断面形状が円形を有する。もちろん、これらの形状に限定する必要はなく、誘電体３２は、横断面形状が三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形の筒状としてもよい。これに対応させて、導体３４の形状も横断面形状が三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形の柱状としてもよい。

原料ガス１２は、本実施の形態では、オゾンを発生させることを目的としているため、大気や酸素を含んだガスを例示することができる。この場合、除湿されていない空気であっても構わない。

誘電体３２の材料は、酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ネオジム、窒化チタン、窒化アルミ、窒化珪素、アルミナ、シリカ及びムライトからなる群から選ばれた１つ以上の材料を含む単独もしくは複合酸化物や複合窒化物であってもよい。

導体３４の材料は、モリブデン、タングステン、銀、銅、ニッケル及びこれらの中から少なくとも１つを含む合金からなる群より選ばれた１つであることが好ましい。合金としては、インバー、コバール、インコネル（登録商標）、インコロイ（登録商標）を例示することができる。

また、誘電体３２の材料は、導体３４の融点未満の温度において焼成することができるセラミックス材料、例えばＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）を用いることが好ましい。具体的には、酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ネオジム、窒化チタン、窒化アルミ、窒化珪素、アルミナ、シリカ及びムライトからなる群から選ばれた１つ以上の材料を含む単独もしくは複合酸化物や複合窒化物であることが好ましい。

そして、２つの電極２０間のギャップ長Ｄｇは、２つの電極２０間の距離のうち、一方の電極２０ａの誘電体３２と他方の電極２０ｂの誘電体３２との間の最短距離を示す。このギャップ長Ｄｇの上限は、１．０ｍｍ未満であることが好ましい。

本実施の形態では、各電極２０を、中空部３０を有する筒状の誘電体３２と、該誘電体３２の中空部３０内に位置された導体３４とを有する構成としたので、電極２０間の距離を容易に調整することができ、特許文献１に記載された沿面放電方式の構成と比して、電極２０間のギャップ長Ｄｇを１．０ｍｍ未満とすることが容易になる。

ところで、高湿度環境では、オゾンの生成に影響を与える水分子やＯＨをできるだけ電極２０の誘電体３２に付着させることが好ましい。これにより、放電空間２２の中央部分２２ａに存在する水分子やＯＨの量が減少し、オゾンの生成への影響を低減させることできる。しかし、図３Ａに示すように、ギャップ長Ｄｇが１．０ｍｍ以上であると、誘電体３２間の距離が大きくなることから、誘電体３２に付着する水分子やＯＨの量が減り、誘電体３２の付近や放電空間２２の中央部分２２ａに存在する水分子やＯＨの量が増えることとなる。そのため、高湿度環境では原料ガス１２に含まれ、且つ、誘電体３２の付近や放電空間２２の中央部分２２ａに存在する水分子やＯＨの影響によってオゾンの生成が阻害され、オゾンの生成効率が低下したり、発生しなくなる。

これに対して、本実施の形態では、ギャップ長Ｄｇの上限を、１．０ｍｍ未満としている。これにより、図３Ｂに示すように、高湿度環境であっても、オゾンの生成に影響を与える水分子やＯＨが誘電体３２の表面に付着し、誘電体３２の付近や放電空間２２の中央部分２２ａに存在する水分子やＯＨの量が減少する。そのため、オゾンの生成が阻害されず、オゾン生成量の減少を抑制することができる。さらに、誘電体３２の付近や放電空間２２の中央部分２２ａに水分子やＯＨが存在する範囲も狭くなるため、オゾンの生成が阻害される範囲も小さく、オゾン生成量の減少が少ない。

その結果、湿度が高くなってもオゾン発生の変化が少なくなり、幅広い湿度環境（絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³）において、安定したオゾン発生が得られるオゾン発生器とすることができる。

また、特許文献３のような撥水層が存在しないため、長期間の運転による撥水層の剥離の影響も無く、長期間において安定したオゾン発生量が得られる。

ギャップ長Ｄｇの上限として、０．５ｍｍ未満がさらに好ましい。これにより、さらにオゾンの生成を阻害する水分子やＯＨが誘電体３２に付着する割合が増え、水分子やＯＨが誘電体３２の付近や放電空間２２の中央部分２２ａに存在する割合が減少するため、オゾン生成量の減少をさらに抑えることができる。

一方、ギャップ長Ｄｇが小さすぎると、水分子やＯＨが誘電体３２に付着することによって、放電空間２２が短絡するおそれがある。すなわち、誘電体３２間が水分子やＯＨで接続されるおそれがある。これは、放電空間２２の中央部分２２ａに水分子やＯＨが多く存在することと同じになり、水分子やＯＨの影響によってオゾンの生成が阻害され、オゾンの生成効率が低下したり、発生しなくなる。そこで、ギャップ長Ｄｇの下限としては、０．１ｍｍ以上が好ましく、さらに好ましくは０．２ｍｍ以上である。これにより、放電空間２２が水分子やＯＨによって短絡することが回避され、オゾン生成量の減少を抑えることができる。

なお、電極２０の製造方法としては、以下に示す方法が挙げられる。すなわち、例えば筒状の成形体を仮焼成して中空部を有する仮焼成体を作製し、その後、仮焼成体の中空部内に導体３４を挿入する。そして、仮焼成体と導体３４とを仮焼成よりも高い温度で焼成することによって直接一体化させて誘電体３２の中空部３０に導体３４が挿入された電極２０を作製する。

その他の方法としては、ゲルキャスト法を用いることができる。ゲルキャスト法では、金型内に、導体３４をセットし、セラミック粉末、分散媒、及びゲル化剤を含むスラリーを注型した後に、このスラリーを温度条件や架橋剤の添加等によりゲル化させることにより固化し、成形して、その後、焼成することで、電極２０を作製する。

上述の例では、１つの電極対１６を示したが、その他、図４〜図６に示す第１変形例〜第３変形例も好ましく採用することができる。

第１変形例に係るオゾン発生器１０ａは、図４に示すように、複数の電極対１６を並列に配列した点で、オゾン発生器１０（図１及び図２参照）と異なる。交流電源１８は、それぞれ一方の電極２０ａと他方の電極２０ｂ間に交流電圧ｖを印加する。

このオゾン発生器１０ａにおいても、原料ガス通過面２４に、放電空間ではない部分２６が存在する。具体的には、原料ガス通過面２４のうち、電極対１６間の部分と、筐体１４の一方の内壁２８ａに近接する一方の電極２０ａと一方の内壁２８ａ間の部分と、筐体１４の他方の内壁２８ｂに近接する他方の電極２０ｂと他方の内壁２８ｂ間の部分が、それぞれ放電空間ではない部分２６である。

第２変形例に係るオゾン発生器１０ｂは、図５に示すように、複数の電極対１６を直列に配列した点で、オゾン発生器１０（図１及び図２参照）と異なる。交流電源１８は、それぞれ一方の電極２０ａと他方の電極２０ｂ間に交流電圧ｖを印加する。

このオゾン発生器１０ｂにおいても、原料ガス通過面２４に放電空間ではない部分２６が存在する。具体的には、複数の電極対１６の各一方の電極２０ａと筐体１４の一方の内壁２８ａ間の部分と、複数の電極対１６の各他方の電極２０ｂと筐体１４の他方の内壁２８ｂ間の部分が、それぞれ放電空間ではない部分２６である。

第３変形例に係るオゾン発生器１０ｃは、図６に示すように、複数の電極対１６を並列及び直列に配列した点で、オゾン発生器１０（図１及び図２参照）と異なる。交流電源１８は、それぞれ一方の電極２０ａと他方の電極２０ｂ間に交流電圧ｖを印加する。

このオゾン発生器１０ｃにおいても、原料ガス通過面２４に放電空間ではない部分２６が存在する。

また、本実施の形態に係るオゾン発生器１０においては、図７に示すように、放電空間２２を通過する原料ガス１２の流速をＶ（ｍ／ｓ）、交流電圧ｖの周波数をｆ（Ｈｚ）、放電空間２２のうち、原料ガス１２の流れの主方向に沿った長さをＬ（ｍ）としたとき、以下の（１）式を満足することが好ましい。
０．５＜Ｌ／Ｖ／ｆ ……（１）

ここで、Ｌ／Ｖ／ｆは、交流電圧１周期当たりに長さＬの何倍の距離だけ原料ガス１２が移動するかを示す。

上述の（１）式を満足することで、放電によって発生したオゾンは、再び放電にさらされ難くなるため、Ｏ原子との反応による分解反応や、水分子やＯＨとの反応による分解反応が起きず、オゾン発生の低減を少なくすることが可能となる。

また、以下の（２）式を満足することで、放電によって発生したオゾンは、（１）式の場合よりも、再び放電にさらされ難くなる度合いが高くなる。そのため、Ｏ原子との反応による分解反応や、水分子やＯＨとの反応による分解反応が起きず、オゾン発生の低減をさらに少なくすることが可能となる。
１＜Ｌ／Ｖ／ｆ ……（２）

以下の（３）式を満足することで、反応しないまま通過する原料ガス１２が減少するため、オゾン発生の低減を少なくすることが可能となる。
５０＞Ｌ／Ｖ／ｆ ……（３）

また、以下の（４）式を満足することで、反応しないまま通過する原料ガス１２がさらに減少するため、オゾン発生の低減をより少なくすることが可能となる。
２０＞Ｌ／Ｖ／ｆ ……（４）

本実施の形態に係るオゾン発生器１０においては、放電空間２２を通過する原料ガス１２の流量を３８０Ｌ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、３００Ｌ／ｍｉｎ以下であり、より好ましくは１５０Ｌ／ｍｉｎ以下である。

これにより、放電空間２２に流れる原料ガス１２の分布が減少し、放電空間２２内で均一にオゾンが生成でき、原料ガス１２が多すぎてオゾンが生成しきれないことをなくすことができる。その結果、オゾンの分解反応によるオゾン発生の低減を減らすことができ、且つ、反応しきれないまま放電空間２２を通過する原料ガス１２を減らすことができるため、高いオゾンの生成効率を得ることができる。

［第１実施例］
サンプル１〜６について、絶対湿度を変化させた場合のオゾン発生効率の変化を確認した。オゾン発生効率は、一定の投入電力、一定のガス流量下における排出ガス中のオゾン濃度とした。

（オゾン発生効率の確認方法）
先ず、オゾン発生効率を確認するために、原料ガス１２は、空気を使用した。ガス流量は３５０Ｌ／ｍｉｎであり、ガス圧力は０．１０ＭＰａとした。

放電用の電源として、電圧（振幅Ａ）が±４ｋＶ、周波数ｆが２０ｋＨｚの交流電圧ｖを出力する交流電源１８を用いた。

上記の条件で、排出ガスのオゾン濃度をオゾン濃度計（ＥＧ−３０００Ｄ（荏原実業株式会社製））にて測定した。

サンプル１〜６に係るオゾン発生器における電極構造の内訳は以下の通りである。

（サンプル１）
サンプル１は、図１及び図２に示す構造において、電極対１６のギャップ長Ｄｇが０．６０ｍｍである。

（サンプル２〜５）
サンプル２、３、４及び５は、電極対１６のギャップ長Ｄｇがそれぞれ０．４５ｍｍ、０．３０ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．０５ｍｍである点以外はサンプル１と同じである。

（サンプル６）
サンプル６は、電極対１６のギャップ長Ｄｇが１．００ｍｍである点以外はサンプル１と同じである。

（評価結果）
サンプル１〜６の評価結果を図８に示す。

図８から、サンプル６は絶対湿度０〜１５ｇ／ｍ³にわたってオゾンが生成されていることがわかった。

また、サンプル１〜５では、絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³にわたってオゾンが生成されている。特に、サンプル２〜４では、絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³にわたってオゾン発生効率が１５ｇ／ｋＷｈ以上を維持しており、幅広い湿度環境において安定したオゾン発生が実現されている。その中でも、サンプル２及び３は、絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³にわたってオゾン発生効率が２５ｇ／ｋＷｈ以上を維持している。

このことから、電極対１６のギャップ長Ｄｇの上限は１．０ｍｍ未満であることが好ましく、０．５ｍｍ未満であることがさらに好ましいことがわかる。また、ギャップ長Ｄｇの下限は０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることがさらに好ましいことがわかる。

［第２実施例］
それぞれ原料ガス１２の流量が異なるサンプル１１〜１３について、上述したＬ／Ｖ／ｆを変化させたときのオゾン濃度の変化を確認した。

図７に示すように、Ｌは、放電空間２２のうち、原料ガス１２の流れの主方向に沿った長さ（ｍ）を示し、Ｖは、放電空間２２を通過する原料ガス１２の流速（ｍ／ｓ）を示す。また、ｆは、交流電源１８の交流電圧ｖの周波数（Ｈｚ）を示す。

（サンプル１１）
サンプル１１は、上述したサンプル３の電極構造を有し、原料ガス１２の流量が３５０Ｌ／ｍｉｎである。

（サンプル１２）
サンプル１２は、原料ガス１２の流量が２７５Ｌ／ｍｉｎである点以外はサンプル１１と同じである。

（サンプル１３）
サンプル１３は、原料ガス１２の流量が１４５Ｌ／ｍｉｎである点以外はサンプル１１と同じである。

（評価結果）
サンプル１１〜１３の評価結果を図９に示す。図９において横軸のＬ／Ｖ／ｆは対数目盛である。

図９から、サンプル１１は、０．５＜Ｌ／Ｖ／ｆ≦１０の範囲で、０．７ｐｐｍ以上のオゾン濃度を維持し、１＜Ｌ／Ｖ／ｆ＜１０の範囲で、約０．７２ｐｐｍのオゾン濃度を維持している。また、１０＜Ｌ／Ｖ／ｆ≦３０の範囲で、０．６〜０．７ｐｐｍのオゾン濃度を維持し、３０＜Ｌ／Ｖ／ｆ＜５０の範囲で、０．５５〜０．６ｐｐｍのオゾン濃度を維持している。

サンプル１２は、０．５＜Ｌ／Ｖ／ｆ≦２０の範囲で、０．７ｐｐｍ以上のオゾン濃度を維持し、１＜Ｌ／Ｖ／ｆ＜１０の範囲で、約０．７５ｐｐｍのオゾン濃度を維持している。また、２０＜Ｌ／Ｖ／ｆ＜５０の範囲で、オゾン濃度０．６〜０．７ｐｐｍを維持している。

サンプル１３は、０．５＜Ｌ／Ｖ／ｆ≦１０の範囲で、オゾン濃度０．８ｐｐｍ以上を維持し、１＜Ｌ／Ｖ／ｆ＜１０の範囲で、約０．８２ｐｐｍのオゾン濃度を維持している。また、１０＜Ｌ／Ｖ／ｆ≦３５の範囲で、オゾン濃度０．７〜０．８ｐｐｍを維持し、３５＜Ｌ／Ｖ／ｆ＜５０の範囲で、オゾン濃度０．６５〜０．７ｐｐｍを維持している。

このことから、０．５＜Ｌ／Ｖ／ｆを満足することが好ましく、１＜Ｌ／Ｖ／ｆを満足することがさらに好ましいことがわかる。これらの条件を満足することで、放電によって発生したオゾンが、再び放電にさらされ難くなっているものと考えられる。つまり、再度の放電によるＯ原子との反応による分解反応や、水分子やＯＨとの反応による分解反応を引き起こすことがなく、オゾン発生の低減が抑制されているものと考えられる。

また、５０＞Ｌ／Ｖ／ｆを満足することが好ましく、２０＞Ｌ／Ｖ／ｆを満足することがさらに好ましいことがわかる。これらの条件を満足することで、反応しないまま通過する原料ガス１２が減少し、その結果、オゾン発生の低減が抑制されているものと考えられる。

さらに、サンプル１１〜１３の結果から、放電空間２２を通過する原料ガス１２の流量を３８０Ｌ／ｍｉｎ以下とすることが好ましいことがわかる。さらに好ましくは、３００Ｌ／ｍｉｎ以下であり、より好ましくは１５０Ｌ／ｍｉｎ以下である。これらの条件を満足することにより、放電空間２２に流れる原料ガス１２の分布が減少し、放電空間２２内で均一にオゾンが生成でき、原料ガス１２が多すぎてオゾンが生成しきれないことをなくすことができているものと考えられる。その結果、放電空間２２に入った原料ガス１２のうち、放電空間２２で反応しきれないまま放電空間２２を通過する原料ガス１２を減らすことができるため、高いオゾンの生成効率を得ることができる。

なお、本発明に係るオゾン発生器は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…オゾン発生器 １２…原料ガス
１６…電極対 １８…交流電源
２０…電極 ２０ａ…一方の電極
２０ｂ…他方の電極 ２２…放電空間
２４…原料ガス通過面 ２６…放電空間ではない部分
３０…中空部 ３２…誘電体
３４…導体 Ｄｇ…ギャップ長

Claims (11)

1. ２つの電極が所定のギャップ長を隔てて配置された１以上の電極対を有し、
   前記電極対の少なくとも前記２つの電極間に原料ガスを通過させ、前記２つの電極間に放電を発生させることで、オゾンを発生させるオゾン発生器において、
   前記電極は、中空部を有する筒状の誘電体と、該誘電体の前記中空部内に位置された導体とを有し、
   前記ギャップ長は１．０ｍｍ未満であることを特徴とするオゾン発生器。
2. 請求項１記載のオゾン発生器において、
   前記ギャップ長は０．５ｍｍ以下であることを特徴とするオゾン発生器。
3. 請求項１記載のオゾン発生器において、
   前記ギャップ長は０．１ｍｍ以上であることを特徴とするオゾン発生器。
4. 請求項１記載のオゾン発生器において、
   前記ギャップ長は０．２ｍｍ以上であることを特徴とするオゾン発生器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
   前記原料ガスが大気であることを特徴とするオゾン発生器。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
   前記原料ガスが絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³の大気であることを特徴とするオゾン発生器。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
   前記２つの電極で挟まれた空間が放電空間であり、
   複数の前記電極対が並列もしくは直列又は並列及び直列に配置され、
   前記原料ガスの流れの主方向を法線方向とする原料ガス通過面に、前記放電空間ではない部分が存在することを特徴とするオゾン発生器。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
   前記２つの電極間に交流電圧を印加する電源を有し、
   前記２つの電極で挟まれた空間が放電空間であり、
   前記放電空間を通過する前記原料ガスの流速をＶ（ｍ／ｓ）、前記交流電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、前記放電空間のうち、前記原料ガスの流れの主方向に沿った長さをＬ（ｍ）としたとき、
   ０．５＜Ｌ／Ｖ／ｆ
   を満足することを特徴とするオゾン発生器。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
   前記２つの電極間に交流電圧を印加する電源を有し、
   前記２つの電極で挟まれた空間が放電空間であり、
   前記放電空間を通過する前記原料ガスの流速をＶ（ｍ／ｓ）、前記交流電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、前記放電空間のうち、前記原料ガスの流れの主方向に沿った長さをＬ（ｍ）としたとき、
   １＜Ｌ／Ｖ／ｆ
   を満足することを特徴とするオゾン発生器。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
    ５０＞Ｌ／Ｖ／ｆ
    を満足することを特徴とするオゾン発生器。
11. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
    ２０＞Ｌ／Ｖ／ｆ
    を満足することを特徴とするオゾン発生器。

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