JP2018188334A - オゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い発生効率のオゾン発生装置の提供。
【解決手段】容器と第１金属電極１３と、誘電体電極１４とヒートパイプ１５と、ヒートシンク１６と電源部Ｃを備える。第１金属電極は、第１方向ｄ１を軸方向の円筒状の電極で、外周面に冷却媒体が供給される。誘電体電極は、第１金属電極の内周面に対向し設けられかつ第１金属電極と同軸の円筒状の電極。ヒートパイプは、誘電体電極の内周面に対向し設けられかつ導電性を有する。ヒートシンクは、第１金属電極とヒートパイプの間の空間の外方の空間の外部に設けられかつヒートパイプに接続され、電源部は、ヒートパイプに電圧を印加し、第１金属電極と誘電体電極との間、及び誘電体電極とヒートパイプの間の少なくとも一方の放電ギャップＩ１で放電させてオゾンを発生させる。原料ガスＤ１によりヒートシンクを冷却できるので放電ギャップの冷却効率を高めることができるオゾン発生装置。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、オゾン発生装置に関する。

放電方式のオゾン発生装置においては、オゾンの発生効率を上げるために、放電空間の冷却効率を上げて、発生したオゾンが熱分解するのを抑制することが重要である。

特開２０１２−２０６８９８号公報

ところで、上記の放電方式のオゾン発生装置では、接地電極側から放電空間を冷却しているが、高圧電極側からも放電空間を冷却して、生成したオゾンの熱分解を抑制し、オゾンの発生効率をさらに向上させることが求められている。

実施形態のオゾン発生装置は、容器と、第１金属電極と、誘電体電極と、ヒートパイプと、ヒートシンクと、電源部と、を備える。容器は、原料ガスが流入される。第１金属電極は、容器内に設けられ、第１方向を軸方向とする円筒状の電極であり、かつ外周面に冷却媒体が供給される。誘電体電極は、第１金属電極の内周面に対向して設けられかつ第１金属電極と同軸の円筒状の電極である。ヒートパイプは、誘電体電極の内周面に対向して設けられかつ導電性を有する。ヒートシンクは、第１金属電極とヒートパイプとの間の空間の外方の空間である外部に設けられかつヒートパイプに接続される。電源部は、ヒートパイプに電圧を印加して、第１金属電極と誘電体電極との間で原料ガスが流入される第１ギャップ、および誘電体電極とヒートパイプとの間で原料ガスが流入される第２ギャップの少なくとも一方の原料ガス中で放電させ、当該放電によりオゾンを発生させる。

図１は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置の概略構成の一例を示す図である。 図２は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の一例を説明するための図である。 図３Ａは、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の一例を説明するための図である。 図３Ｂは、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置の第１放電ギャップおよび第２放電ギャップにおけるガスの温度変化の一例を示す図である。 図４は、第３の実施形態にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の一例を説明するための図である。 図５は、第３の実施形態にかかるオゾン発生装置の第１放電ギャップおよび第２放電ギャップにおけるガスの温度変化の一例を示す図である。 図６は、第４の実施形態にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の一例を説明するための図である。 図７は、第５の実施形態にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の一例を説明するための図である。 図８は、変形例１にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。 図９は、変形例２にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。 図１０は、変形例３にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。 図１１は、変形例４にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。 図１２は、変形例５にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。 図１３は、変形例５にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。 図１４は、変形例６にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。 図１５は、変形例７にかかるオゾン発生装置が有するヒートシンクの一例を示す図である。 図１６は、変形例８にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。 図１７は、変形例９にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。 図１８は、変形例１０にかかるオゾン発生装置のヒートシンクの構成の一例を示す図である。 図１９は、変形例１１にかかるオゾン発生装置のヒートシンクの構成の一例を示す図である。 図２０は、変形例１２にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の一例を説明するための図である。

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかるオゾン発生装置について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置の概略構成の一例を示す図である。図２は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の一例を説明するための図である。本実施形態にかかるオゾン発生装置は、誘電体バリア放電式のオゾン発生装置である。図１に示すように、オゾン発生装置は、オゾン発生装置本体１１と、当該オゾン発生装置本体１１を気密状態で収納しかつ原料ガスが流入される収納容器１２（容器の一例）と、を有する。本実施形態では、収納容器１２は、第１方向ｄ１を軸方向とする円筒状の容器である。また、収納容器１２には、金属電極１３と、誘電体電極１４と、ヒートパイプ１５と、ヒートシンク１６と、を有し、これらがそれぞれ複数配置される。

金属電極１３（第１金属電極の一例）は、図１および図２に示すように、第１方向ｄ１を軸方向とする円筒状の電極である。また、金属電極１３は、当該金属電極１３の外周面に冷却水（冷却媒体の一例）が供給される。本実施形態では、金属電極１３は、その外周面に冷却水が供給されて水冷されているが、これに限定するものではなく、その外周面に冷却ガス（冷却媒体の一例）を供給して空冷しても良い。また、本実施形態では、金属電極１３を接地電極として用いるものとする。

誘電体電極１４は、図１および図２に示すように、金属電極１３の内周面に対向して設けられかつ金属電極１３と同軸の円筒状の電極である。誘電体電極１４と、金属電極１３との間には、酸素または乾燥空気等の原料ガスが流入されるギャップＩ１（以下、第１放電ギャップＩ１と言う。第１ギャップの一例）が設けられている。

ヒートパイプ１５は、図１および図２に示すように、誘電体電極１４の内周面に対向して設けられ、かつ導電性を有するヒートパイプである。本実施形態では、ヒートパイプ１５は、図２に示すように、誘電体電極１４の内周面に密着している。すなわち、ヒートパイプ１５は、誘電体電極１４の内周面に接している。また、本実施形態では、ヒートパイプ１５には、鉄、アルミニウム、ニッケル、銅、モリブデン、チタン、クロム、タングステン、銀、金、白金のうち少なくとも一種類を含む金属または合金とする。または、ヒートパイプは、上記の金属または合金によりコーティングされたものとする。これにより、ヒートパイプ１５の耐オゾン性を高めることができる。本実施形態では、ヒートパイプ１５を高圧電極として用いるものとする。

ヒートシンク１６は、誘電体電極１４の外部に設けられる。具体的には、ヒートシンク１６は、金属電極１３とヒートパイプ１５との間の空間の外方の空間である外部に設けられる。言い換えると、ヒートシンク１６は、第１放電ギャップＩ１および後述する第２放電ギャップＩ２の外部に設けられる。また、ヒートシンク１６は、ヒートパイプ１５に接続される。これにより、第１放電ギャップＩ１内のガスを、金属電極１３の外周面に供給される冷却水およびヒートパイプ１５の両方によって冷却できるので、第１放電ギャップＩ１内で発生する熱によるオゾンの熱分解を抑制でき、オゾンの発生効率を高めることができる。本実施形態では、ヒートシンク１６は、ヒートパイプ１５の外周面に、剣山状、蛇腹状、板状等に設けられたフィンである。そして、ヒートシンク１６が空冷、油冷等によって冷却されることによって、第１放電ギャップＩ１内のガスで発生した熱を、ヒートパイプ１５を介して、ヒートシンク１６において放熱する。

また、オゾン発生装置本体１１は、誘電体電極１４の異常時等にヒートパイプ１５への電流の流れ込みを切断し、ひいては誘電体電極１４への電流流れ込みを切断可能な機能を有している（例えば、ヒューズ１７）。ヒューズ１７は、ヒートパイプ１５と電源Ｃとの間に設けられる。電源Ｃ（電源部の一例）は、ヒートパイプ１５に電圧を印加して、第１放電ギャップＩ１内の原料ガス中で放電（以下、誘電体バリア放電と言う）させ、当該誘電体バリア放電によりオゾンを発生させる。

本実施形態では、収納容器１２は、ガス入口側空間２２と、ガス出口側空間２３と、を有する。ガス入口側空間２２とガス出口側空間２３とは、第１放電ギャップＩ１を介して繋がっている（連通している）。また、収納容器１２は、当該収納容器１２内に原料ガスを流入させるためのガス流入口２４を有する。また、収納容器２２は、ガス出口側空間２３に流入されたガス（以下、オゾンガスと言う）を、外部に排出するためのオゾンガス排出口２５を有する。また、収納容器１２は、金属電極１３の閉鎖空間２１に冷却水を流入させるための冷却水流入口２６と、金属電極１３と熱交換して高温となった冷却水を外部に排出するための冷却水排出口２７と、を有する。ここで、閉鎖空間２１は、金属電極１３の外周面側に設けられる空間であり、冷却水で満たされる。

次に、本実施形態にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の流れについて説明する。まず、ガス入口側空間２２に流入された原料ガスが第１放電ギャップＩ１に流入する。次いで、電源Ｃからヒートパイプ１５に対して電圧（例えば、交流電圧）が印加され、第１放電ギャップＩ１内に流入した原料ガスで誘電体バリア放電が発生する。これにより、第１放電ギャップＩ１内に流入した原料ガスに含まれる酸素分子が酸素原子に解離し、かつ他の酸素原子が結合することによって、当該原料ガスをオゾン化させてオゾンガスが発生する。その後、発生したオゾンガスは、ガス出口側空間２３に流出し、オゾンガス排出口２５から外部に排出される。

また、誘電体バリア放電により放電ギャップＩ１内に発生した熱を取り除くため、外部から冷却水流入口２６を介して閉鎖空間２１内に冷却水を流入させる。これにより、金属電極１３と冷却水との間で熱交換を行い、当該放電ギャップＩ１内を冷却する。その後、熱交換により高温になった冷却水を冷却水排出口２７を介して外部に排出する。

さらに、ヒートパイプ１５に絶縁破壊等により異常が発生した場合、当該異常が発生したヒートパイプ１５に流れる短絡電流によって、当該ヒートパイプ１５と電源Ｃとの間に設けられたヒューズ１７が溶断され、当該ヒートパイプ１５が他のヒートパイプ１５と切り離される。これにより、異常が発生したヒートパイプ１５に対して、正常なヒートパイプ１５と金属電極１３との間の第１放電ギャップＩ１に荷電された電荷が流れることを防止できるので、複数のヒートパイプ１５のうち一部のヒートパイプ１５に異常が発生しても、正常なヒートパイプ１５と金属電極１３との間で誘電体バリア放電を発生させて、オゾンの生成を継続できる。本実施形態では、オゾン発生装置本体１１は、ヒューズ１７を有しているが、ヒューズ１７と同様の機能を有している場合や必要が無い場合には、ヒューズ１７を有していなくても良い。

以上の構成を有するオゾン発生装置では、上述したように、ヒートパイプ１５を高圧電極として用い、当該ヒートパイプ１５に電圧を印加して、金属電極１３と誘電体電極１４との間の第１放電ギャップＩ１内の原料ガスで誘電体バリア放電を発生させて、当該誘電体バリア放電によりオゾンを発生させる。その際、ヒートパイプ１５は、第１放電ギャップＩ１内のガスで発生する熱の移動効率を高めて、ヒートパイプ１５によっても第１放電ギャップＩ１内のガスを冷却（空冷）する。

これにより、第１放電ギャップＩ１内の原料ガスが、金属電極１３の外周面に供給される冷却水およびヒートパイプ１５の両方によって冷却されて、第１放電ギャップＩ１内のガスの温度上昇を抑えることが可能となるので、第１放電ギャップＩ１内におけるオゾンの発生効率を高めることができる。また、ヒートパイプ１５による第１放電ギャップＩ１内のガスの冷却においては、冷却水を用いないため、従来のオゾン発生装置の高圧電極の内部に冷却水を流すための配管、チューブ、パッキン等の部材を新たに設置する必要が無いため、オゾン発生装置の構造が複雑化することを防止できる。また、第１放電ギャップＩ１内のガスを冷却するための冷却水を流す箇所が減るため、オゾン発生装置内での冷却水の漏水のリスクも低減でき、かつオゾン発生装置を軽量化することも可能となる。

また、ヒートシンク１６を収納容器１２内に設置しかつ当該ヒートシンク１６を原料ガスで冷却する場合、収納容器１２内において、原料ガスの温度がより低い位置にヒートシンク１６を設置することが好ましい。そこで、本実施形態では、ヒートシンク１６は、収納容器１２内に原料ガスが流入される位置の近傍に設ける。例えば、ヒートシンク１６は、ガス入口側空間２２内であり、かつガス流入口２４近傍に設けられる。これにより、より温度が低い原料ガスによってヒートシンク１６を冷却できるので、ヒートパイプ１５による第１放電ギャップＩ１内のガスの冷却効率をより高めることができ、第１放電ギャップＩ１内におけるオゾンの発生効率を高めることができる。本実施形態では、ヒートシンク１６をガス流入口２４近傍に設けているが、原料ガスの流入方向Ｄ１において、第１放電ギャップＩ１よりも上流側に設けられていれば良い。

また、オゾン発生装置は、ヒートパイプ１５およびヒートシンク１６により第１放電ギャップＩ１内のガスの冷却効率をより高めるために、ガス入口側空間２２内（例えば、ガス流入口２４近傍）にファン等の撹拌部を設けて、当該収納容器１２内の原料ガスを撹拌して、ヒートシンク１６から熱が放熱し易くしても良い。これにより、より温度が低い原料ガスによってヒートシンク１６を冷却できるので、ヒートパイプ１５による第１放電ギャップＩ１内のガスの冷却効率をより高めることができ、第１放電ギャップＩ１内におけるオゾンの発生効率を高めることができる。

このように、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置によれば、第１放電ギャップＩ１内の原料ガスが、金属電極１３に供給される冷却水およびヒートパイプ１５の両方によって冷却されて、第１放電ギャップＩ１内のガスの温度上昇を抑えることが可能となるので、第１放電ギャップＩ１内におけるオゾンの発生効率を高めることができる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、誘電体電極とヒートパイプとの間で原料ガスが流入される第２放電ギャップ内の原料ガス中で誘電体バリア放電を発生させる例である。以下の説明では、第１の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図３Ａは、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の一例を説明するための図である。図３Ａに示すように、本実施形態では、誘電体電極１４は、金属電極１３の内周面に密着している。言い換えると、誘電体電極１４は、金属電極１３の内周面に接している。また、本実施形態では、ヒートパイプ１５は、誘電体電極１４の内周面に対向しかつ当該内周面から離間して設けられている。すなわち、ヒートパイプ１５と、誘電体電極１４との間には、原料ガスが流入されるギャップＩ２（以下、第２放電ギャップＩ２と言う。第２ギャップの一例）が設けられている。

そして、オゾン発生装置は、第１の実施形態と同様に、ヒートパイプ１５を高圧電極として用い、当該ヒートパイプ１５に電圧を印加して、誘電体電極１４とヒートパイプ１５との間の第２放電ギャップＩ２内の原料ガスで誘電体バリア放電を発生させて、当該誘電体バリア放電によりオゾンを発生させる。その際、ヒートパイプ１５は、第２放電ギャップＩ２内のガスで発生する熱の移動効率を高めて、ヒートパイプ１５によっても第２放電ギャップＩ２内のガスを冷却（空冷）する。

図３Ｂは、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置の第１放電ギャップおよび第２放電ギャップにおけるガスの温度変化の一例を示す図である。図３Ｂにおいて、縦軸は、ヒートパイプ１５から金属電極１３までの位置を表し、横軸は、ヒートパイプ１５から金属電極１３までのガスの温度を表している。図３Ｂに示すように、ヒートパイプ１５を高圧電極として用いなかった場合、第１放電ギャップＩ１内のガスは、高圧電極に近づくにつれて、その温度が上昇している。これに対して、ヒートパイプ１５を高圧電極として用いた場合、ヒートパイプ１５によっても第１放電ギャップＩ１内のガスを冷却可能となるため、第１放電ギャップＩ１内のガスの温度が低下している。よって、本実施形態によれば、第１放電ギャップＩ１におけるガスの温度上昇を抑制することが可能となるので、第１放電ギャップＩ１内におけるオゾンの発生効率を高めることができる。

これにより、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施形態では、第２放電ギャップＩ２におけるガスの冷却効率を高めるために、第１方向ｄ１に向かって、ヒートパイプ１５の外周面に螺旋状の溝を設けることによって、第２放電ギャップＩ２内において原料ガスに旋回流を発生させる。これにより、第２放電ギャップＩ２内のガスが撹拌されながら、ガス入口側空間２２からガス出口側空間２３へ向かうため、第２放電ギャップＩ２内のガスをより均一に冷却することが可能となる。

（第３の実施形態）
本実施形態は、金属電極と誘電体電極との間で原料ガスが流入される第１放電ギャップ内、および誘電体電極とヒートパイプとの間で原料ガスが流入される第２放電ギャップ内の両方の原料ガス中で誘電体バリア放電を発生させる例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図４は、第３の実施形態にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の一例を説明するための図である。図４に示すように、本実施形態では、誘電体電極１４は、金属電極１３の内周面に対向しかつ当該内周面から離間して設けられている。すなわち、誘電体電極１４と、金属電極１３との間には、原料ガスが流入される第１放電ギャップＩ１が設けられる。また、本実施形態では、ヒートパイプ１５は、誘電体電極１４の内周面に対向しかつ当該内周面から離間して設けられている。すなわち、ヒートパイプ１５と、誘電体電極１４との間には、原料ガスが流入される第２放電ギャップＩ２が設けられる。

そして、オゾン発生装置は、第１，２の実施形態と同様に、ヒートパイプ１５を高圧電極として用い、当該ヒートパイプ１５に電圧を印加して、金属電極１３と誘電体電極１４との間の第１放電ギャップＩ１、および誘電体電極１４とヒートパイプ１５との間の第２放電ギャップＩ２内の原料ガスで誘電体バリア放電を発生させて、当該誘電体バリア放電によりオゾンを発生させる。その際、ヒートパイプ１５は、第２放電ギャップＩ２内のガスで発生する熱の移動効率を高めて、ヒートパイプ１５によっても第２放電ギャップＩ２内のガスを冷却（空冷）する。

図５は、第３の実施形態にかかるオゾン発生装置の第１放電ギャップおよび第２放電ギャップにおけるガスの温度変化の一例を示す図である。図５において、縦軸は、ヒートパイプ１５から金属電極１３までの位置を表し、横軸は、ヒートパイプ１５から金属電極１３までのガスの温度を表している。図５に示すように、ヒートパイプ１５を高圧電極として用いなかった場合、第２放電ギャップＩ２内のガスは、高圧電極に近づくにつれて、その温度が上昇している。これに対して、ヒートパイプ１５を高圧電極として用いた場合、ヒートパイプ１５によっても放電ギャップ内のガスを冷却可能となるため、第２放電ギャップＩ２内のガスの温度が低下している。よって、本実施形態によれば、第２放電ギャップＩ２におけるガスの温度上昇を抑制することが可能となるので、第２放電ギャップＩ２内におけるオゾンの発生効率を高めることができる。

これにより、第３の実施形態にかかるオゾン発生装置によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施形態においても、第２放電ギャップＩ２におけるガスの冷却効率を高めるために、第１方向ｄ１に向かって、ヒートパイプ１５の外周面に螺旋状の溝を設けることによって、第２放電ギャップＩ２内においてガスに旋回流を発生させる。これにより、第２放電ギャップＩ２内のガスが撹拌されながら、ガス入口側空間２２からガス出口側空間２３へ向かうため、第２放電ギャップＩ２内のガスをより均一に冷却することが可能となる。

（第４の実施形態）
本実施形態は、第１放電ギャップおよび第２放電ギャップの両方の原料ガス中で誘電体バリア放電を発生させるものであり、原料ガスが、第２放電ギャップを通過した後、第１放電ギャップを通過する流路を有する例である。以下の説明では、第３の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図６は、第４の実施形態にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の一例を説明するための図である。図６に示すように、本実施形態では、ガス出口側空間２３内において、第１放電ギャップＩ１と連続する第１ガス出口側空間２３ａと、第２放電ギャップＩ２と連続する第２ガス出口側空間２３ｂとの間に誘電体１４が設けられている。これにより、第１ガス出口側空間２３ａと第２ガス出口側空間２３ｂとが隔離（分離）されている。また、本実施形態では、第２ガス出口側空間２３ｂがガス流入口２４を有し、第１ガス出口側空間２３ａがオゾンガス排出口２５を有する。以上の構成により、図６に示すように、本実施形態にかかるオゾン発生装置は、原料ガスが、第２放電ギャップＩ２を通過した後、第１放電ギャップＩ１を通過する流路（直列流路）を形成している。

オゾン発生装置では、閉鎖空間２１に供給する冷却水の循環にはチラーを用いることが多く、その場合、閉鎖空間２１内の冷却水の温度は、原料ガスの温度より低くなる。そのため、第１放電ギャップＩ１内の原料ガスの温度よりも、第２放電ギャップＩ２内のガスの温度の方が高くなる。そのため、オゾン発生装置が、第１放電ギャップＩ１および第２放電ギャップＩ２のいずれか一方のみを原料ガスが通過する流路（並列流路）を有する場合、第２放電ギャップＩ２におけるオゾンガスの発生効率が低くなる。そこで、本実施形態では、原料ガスが、第２放電ギャップＩ２を通過した後、第１放電ギャップＩ１を通過する直列流路を形成する。

これにより、第４の実施形態にかかるオゾン発生装置によれば、原料ガスの温度が上昇し易い第２放電ギャップＩ２において十分にオゾンを発生させることができなかった場合でも、原料ガスの冷却効果が高い第１放電ギャップＩ１において再びオゾンが生成されるので、オゾンガスの発生効率を高めることができる。

（第５の実施形態）
本実施形態は、１つの誘電体電極の内周面に対向して、複数のヒートパイプが第１方向に並設されている例である。以下の説明では、第３の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図７は、第５の実施形態にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の一例を説明するための図である。図７に示すように、本実施形態では、収納容器１２内に設けられる各誘電体電極１４の内周面に対向して、２つのヒートパイプ１５ａ，１５ｂが第１方向ｄ１に並設される。そして、原料ガスの流入方向Ｄ１において、上流側に位置するヒートパイプ１５ａと接続されるヒートシンク１６ａは、ガス入口側空間２２に位置する。一方、原料ガスの流入方向Ｄ１において、下流側に位置するヒートパイプ１５ｂに接続されるヒートシンク１６ｂは、ガス出口側空間２３に位置する。１つの誘電体電極１４の内周面に対向して複数のヒートパイプ１５を第１方向ｄ１に並設する例は、第１〜３の実施形態にかかるオゾン発生装置にも適用可能である。

これにより、第５の実施形態にかかるオゾン発生装置によれば、誘電体電極１４内に設けるヒートパイプ１５の長手方向の放電面積を長くすることができるので、収納容器１２の直径を小さくできる。

（変形例１）
本変形例は、ヒートシンクが、原料ガスの流入方向において、金属電極よりも上流側に設けられ、ガス流入口の直径が、オゾンガス排出口の直径よりも小さい例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図８は、変形例１にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。本変形例では、ヒートシンク１６は、ガス入口側空間２２内に設けられている。言い換えると、ヒートシンク１６は、原料ガスの流入方向Ｄ１において、第１放電ギャップＩ１よりも上流側に設けられている。

また、図８に示すように、本変形例では、ガス入口側空間２２には、当該ガス入口側空間２２の内周面から、当該ガス入口側空間２２の中心に向かって原料ガスが導入されるように、複数のガス流入口２４が設けられている。そして、ガス流入口２４の直径は、オゾンガス排出口２５の直径よりも小さい。これにより、収納容器１２内へ原料ガスを流入させる際の流速を速くすることができるので、ガス入口側空間２２内に設けられるヒートシンク１６の冷却効率を高めることができる。

（変形例２）
本変形例は、収納容器内の複数の誘電体電極のうち一部の誘電体電極の内周面に対向して、誘電体電極と同軸の円筒状の金属電極（以下、通常の金属電極と言う）が、ヒートパイプに代えて設けられ、第１放電ギャップおよび第２放電ギャップ内への原料ガスの流速が、通常の金属電極と、誘電体電極または金属電極との間で原料ガスが流入される第３放電ギャップ内への原料ガスの流速よりも速い例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図９は、変形例２にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。本変形例では、図９に示すように、収納容器１２内に設けられる複数の誘電体電極１４のうち一部の誘電体電極１４の内周面に対向して、通常の金属電極９００（第２金属電極の一例）が、ヒートパイプ１５に代えて設けられる。そして、本変形例では、ガス入口側空間２２内において、ヒートシンク１６が設けられるエリア２２ａ（以下、ヒートパイプ電極エリアと言う）と、通常の金属電極９００が設けられるエリア２２ｂ（以下、金属電極エリアと言う）とが隔離（分離）されている。本変形例では、図９に示すように、オゾン発生装置は、ヒートパイプ電極エリア２２ａと金属電極エリア２２ｂとの間に、当該ヒートパイプ電極エリア２２ａと金属電極エリア２２ｂとを仕切る壁９０１を有する。そして、オゾン発生装置は、ヒートパイプ電極エリア２２ａ内に原料ガスを流入させるガス流入口２４の直径を、金属電極エリア２２ｂ内に原料ガスを流入させるガス流入口２４の直径よりも小さくする。

以上の構成により、第１放電ギャップＩ１および第２放電ギャップＩ２内への原料ガスの流速が、通常の金属電極９００と、誘電体電極１４または金属電極１３との間で原料ガスが流入される第３放電ギャップ内への原料ガスの流速よりも速くなる。これにより、第１放電ギャップＩ１および第２放電ギャップＩ２内への原料ガスの流速を速くすることができるので、ヒートシンク１６の冷却効率を高めることができる。

（変形例３）
本変形例では、収納容器内への原料ガスのガス流入口が、収納容器の内周面に沿って原料ガスが周方向に旋回するように設けられる例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図１０は、変形例３にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。本変形例では、図１０に示すように、ガス入口側空間２２内の内周面の接線方向に向かって原料ガスが流入されるようにガス流入口２４を設けることより、収納容器１２の内周面に沿って原料ガスを旋回させる。これにより、収納容器１２内に流入される原料ガスが撹拌され、収納容器１２内の原料ガス全体の温度を下げることができるので、ガス入口側空間２２内に設けられたヒートシンク１６の冷却効率を高めることができる。

（変形例４）
本変形例では、ヒートシンクを囲むように設けられ、かつヒートシンクに向かって原料ガスを排出する排出孔を有する原料ガス管を備える例である。以下の説明では、第１〜４の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図１１は、変形例４にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。本変形例では、図１１に示すように、オゾン発生装置は、ガス入口側空間２２内に位置するヒートシンク１６を円で囲むドーナツ状の原料ガス管１１０１を有する。また、原料ガス管１１０１は、ガス流入口２４と接続されており、その管内に原料ガスが流入される。また、原料ガス管１１０１は、その管内を流れる原料ガスを、当該原料ガス管１１０１が円で囲む領域（すなわち、ヒートシンク１６）に向かって排出する排出孔１１０２を有する。これにより、ヒートシンク１６の側面に対して原料ガスをあてることができるので、ヒートシンク１６の冷却効率を高めることができる。

（変形例５）
本変形例は、ヒートシンクと原料ガス管の間に、ヒートシンクを囲むように設けられ、かつ内部に冷却媒体が供給される冷却用管を有する例である。以下の説明では、変形例４と同様の箇所については説明を省略する。

図１２および図１３は、変形例５にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。本変形例では、図１２および図１３に示すように、オゾン発生装置は、ヒートシンク１６と原料ガス管１１０１との間に、当該ヒートシンク１６を円で囲むドーナツ状の冷却用管１２０１を有する。また、冷却用管１２０１は、その管内に冷却媒体が供給される。本実施形態では、図１２に示すように、冷却用管１２０１は、閉鎖空間２１と接続されており、閉鎖空間２１に供給される冷却媒体が、当該冷却用管１２０１の管内に供給される。これにより、原料ガス管１１０１の排出孔１１０２から排出された原料ガスを、冷却用管１１２１に当てて冷却した後に、ヒートシンク１６の側面に当てることができるので、ヒートシンク１６の冷却効率をさらに高めることができる。

（変形例６）
本変形例は、金属電極と誘電体電極とヒートパイプとが設けられる放電空間と、ヒートシンクが設けられる非放電空間との間を仕切る壁を有する例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図１４は、変形例６にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。本変形例では、図１４に示すように、オゾン発生装置は、ガス入口側空間２２内に、金属電極１３と誘電体電極１４とヒートパイプ１５とが設けられる放電空間１４０１（第１エリアの一例）と、ヒートシンク１６が設けられる非放電空間１４０２（第２エリアの一例）との間を仕切る壁１４０３を有する。これにより、ヒートシンク１６を、放電空間１４０１の外部に設ける。また、壁１４０３は、第１方向ｄ１に対して直交する。

また、放電空間１４０１には、ガス流入口２４が設けられ、当該ガス流入口２４から原料ガスが流入される。また、非放電空間１４０２には、当該非放電空間１４０１の内周面の一方の端に設けられた冷却媒体流入口１４０４から、ヒートシンク１６を冷却するための冷却媒体（例えば、絶縁油、空気）が導入され、当該非放電空間１４０２の内周面の他方の端に設けられた冷却媒体排出口１４０５から、当該冷却媒体を排出する。

これにより、第１放電ギャップＩ１および第２放電ギャップＩ２の少なくとも一方での原料ガスの温度上昇の影響によって、ヒートシンク１６の温度が上昇することを軽減できるので、ヒートシンク１６の冷却効率を高めることができる。

（変形例７）
本変形例は、ヒートシンクの外径をヒートパイプの外径以下とし、かつヒートシンクの断面を多角形とする例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図１５は、変形例７にかかるオゾン発生装置が有するヒートシンクの一例を示す図である。図１５に示すように、本変形例では、ヒートシンク１６の外径１５０１をヒートパイプ１５の外径１５０２と同一とする。さらに、図１５に示すように、ヒートシンク１６の断面の形状を、星形等の多角形として、ヒートシンク１６の表面積を大きくする。これにより、収納容器１２内において隣接して配置されるヒートシンク１６間の距離を短くすることができるので、収納容器１２内に収納するヒートシンク１６の数を増やすことができる。

（変形例８）
本変形例は、ガス入口側空間に設けられた壁は、その一端に、放電空間と非放電空間とを接続する接続孔を有し、非放電空間において当該接続孔が設けられた端とは反対側の端に、ガス流入口を有する例である。以下の説明では、変形例６と同様の箇所については説明を省略する。

図１６は、変形例８にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。本変形例では、図１６に示すように、壁１４０３は、その一端に、放電空間１４０１と、非放電空間１４０２とを接続する接続孔１６０１を有する。また、ガス入口側空間２２は、非放電空間１４０２において、接続孔１６０１が設けられた端とは反対側の端に、ガス流入口２４を有する。

これにより、非放電空間１４０２に原料ガス以外の冷却媒体を供給することなく、ヒートシンク１６を冷却することができ、かつ第１放電ギャップＩ１または第２放電ギャップＩ２内の原料ガスの温度上昇の影響によって、ヒートシンク１６の温度が上昇することを軽減できるので、より簡易な構成でヒートシンク１６の冷却効率を高めることができる。

（変形例９）
本変形例は、金属電極は、その内周面側に、誘電体電極およびヒートパイプが設けられていない金属電極（以下、非放電電極と言う）を含み、当該非放電電極の管内を介して、非放電空間に原料ガスを導入する例である。以下の説明では、変形例８と同様の箇所については説明を省略する。

図１７は、変形例９にかかるオゾン発生装置のガス入口側空間の構成の一例を説明するための図である。本変形例は、図１７に示すように、金属電極１３は、その内周面に対向して、誘電体電極１４およびヒートパイプ１５が設けられず、かつ非放電空間１４０２と接続される金属電極１３である非放電電極１７０１（第３金属電極の一例）を含む。また、本変形例では、非放電電極１７０１は、ガス出口側空間２３内に設けられたガス流入口２４と接続されて、その管内に原料ガスが流入される。そして、非放電電極１７０１の管内を通過した原料ガスは、非放電空間１４０２に流入される。以上の構成により、オゾン発生装置は、非放電電極１７０１の管内を介して、非放電空間１４０２に原料ガスを流入させる。これにより、非放電電極１７０１内で冷却した原料ガスを非放電空間１４０２に流入させることができるので、非放電電極１７０１の外周面に供給される冷却水の水温が原料ガスの温度より低いことを条件として、ヒートシンク１６の冷却効率を高めることができる。

（変形例１０）
本変形例は、複数のヒートパイプが１つのヒートシンクに接続される例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図１８は、変形例１０にかかるオゾン発生装置のヒートシンクの構成の一例を示す図である。本変形例では、図１８に示すように、複数のヒートパイプ１５が１つのヒートシンク１６に接続されている。よって、本変形例では、収納容器１２内に設けられるヒートシンク１６の数が、当該収納容器１２内に設けられるヒートパイプ１５の数より少なくなる。例えば、本変形例にかかるオゾン発生装置は、３つのヒートパイプ１５につき、１つのヒートシンク１６を設ける。その際、ヒートシンク１６の外径を大きくして、ヒートシンク１６によってヒートパイプ１５の熱を放熱し易くしても良い。

通常、ヒートシンク１６の外径は、ヒートパイプ１５の外径よりも大きくすることが多い。そのため、収納容器１２内に設けられるヒートパイプ１５毎にヒートシンク１６を設けると、隣接するヒートシンク１６間においてヒートシンク１６同士が接触しないようにするため、収納容器１２のサイズが大きくなる。これに対して、本変形例では、１つのヒートシンク１６を複数のヒートパイプ１５により共有できるので、ヒートシンク１６によってオゾン発生装置のサイズが大きくなることを防止できる。

（変形例１１）
本変形例は、隣接するヒートパイプに接続するヒートシンクを、原料ガスの流入方向において、ヒートパイプの上流側と下流側とに互い違いに接続する例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図１９は、変形例１１にかかるオゾン発生装置のヒートシンクの構成の一例を示す図である。本変形例は、図１９に示すように、収納容器１２内に設けられるヒートパイプ１５のうち第１ヒートパイプ１５に接続されるヒートシンク１６（以下、第１ヒートシンク１６と言う）は、原料ガスの流入方向Ｄ１において、第１ヒートパイプ１５の上流側に設けられる。また、収納容器１２内に設けられるヒートパイプ１５のうち第１ヒートパイプ１５に隣接する第２ヒートパイプ１５に接続されるヒートシンク１６（以下、第２ヒートシンク１６と言う）は、原料ガスの流入方向Ｄ１において、第２ヒートパイプ１５より下流側に設けられる。オゾン発生装置では、経年劣化等の電極の異常でヒューズ１７が切れた場合に備えて、隣接するヒートパイプ１５間の絶縁距離を保たなければならない。また、ヒートパイプ１５による冷却能力を高めるために、ヒートシンク１６（冷却フィン）のサイズを大きくした場合、隣接する冷却フィンがぶつかることを避ける必要がある。そこで、本変形例では、隣接するヒートパイプ１５に接続するヒートシンク１６を、原料ガスの流入方向Ｄ１において、ヒートパイプ１５の上流側と下流側とに互い違いに接続する。これにより、収納容器１２内において、隣接するヒートパイプ１５間の絶縁距離を保ちつつ、隣接するヒートパイプ１５間の距離を短くすることができるので、収納容器１２のサイズを小さくすることができる。

（変形例１２）
本変形例は、ヒートパイプを接地電極として用いる例である。以下の説明では、上述の実施形態と同様の箇所については説明を省略する。

図２０は、変形例１２にかかるオゾン発生装置におけるオゾンの生成処理の一例を説明するための図である。本変形例にかかるオゾン発生装置は、図２０に示すように、金属電極１３の内周面とヒートパイプ１５との間に設けられかつ金属電極１３と同時の円筒状の電極である高圧電極２０００を有する。また、高圧電極２０００は、その内周面に誘電体を塗布することにより、その内周面に誘電体電極１４ａが密着されている。誘電体電極１４ａと高圧電極２０００との間には、原料ガスが流入されるギャップＩ３（以下、第３放電ギャップＩ３と言う）が設けられている。

本変形例では、金属電極１３の内周面に誘電体を塗布することにより、金属電極１３の内周面に誘電体電極１４ｂを密着させている。また、本変形例では、ヒートパイプ１５は、接地された接地電極として用いられる。誘電体電極１４ｂとヒートパイプ１５との間には、原料ガスが流入されるギャップＩ４（以下、放電ギャップＩ４と言う）が設けられている。

本変形例にかかるオゾン発生装置では、高圧電極２００に電圧を印加して、第３放電ギャップＩ３および第４放電ギャップＩ４内の原料ガスで誘電体バリア放電を発生させて、当該誘電体バリア放電によりオゾンを発生させる。本変形例にかかるオゾン発生装置によれば、ヒートパイプ１５が収納容器１２と同電位となるため、収納容器１２の外部にヒートシンク１６を設けることが可能となる。そして、収納容器１２の外部に設けられたヒートシンク１６を水冷することにより、ヒートパイプ１５による第３放電ギャップＩ３および第４放電ギャップＩ４内のガスの冷却効率をさらに高めることができ、第３放電ギャップＩ３および第４放電ギャップＩ４内におけるオゾンの発生効率をより高めることができる。

以上説明したとおり、第１〜５の実施形態および変形例１〜１２によれば、第１放電ギャップＩ１および第２放電ギャップＩ２内の原料ガスが、金属電極１３の外周面に供給される冷却水およびヒートパイプ１５の両方によって冷却されて、第１放電ギャップＩ１および第２放電ギャップＩ２内のガスの温度上昇を抑えることが可能となるので、第１放電ギャップＩ１および第２放電ギャップＩ２内におけるオゾンの発生効率を高めることができる。

上述の実施形態および変形例にかかるオゾン発生装置においては、ヒートシンク１６が、第１放電ギャップＩ１および第２放電ギャップＩ２よりも上方に位置することが好ましい。これにより、ヒートパイプ１５内で発生した熱をヒートシンク１６へ移動し易くして、ヒートパイプ１５の放熱効率を高めることができる。

また、上述の実施形態および変形例では、高圧電極にヒートパイプ１５を用いかつ接地電極に金属電極１３を用いているが、高圧電極に金属電極１３を用いかつ接地電極にヒートパイプ１５を用いても良い。例えば、図２に示すオゾン発生装置の構成において、高圧電極に金属電極１３を用いかつ接地電極にヒートパイプ１５を用いた場合、誘電体電極１４は、金属電極１３の外周面に密着している。これにより、誘電体電極１４は、金属電極１３において、当該金属電極１３に隣接する２つのヒートパイプ１５に対向する２つの面の両面に密着する。

また、第１〜４の実施形態および変形例１〜１１にかかるオゾン発生装置では、水平方向に平行にヒートパイプ１５が延在する状態で収納容器１２が設置されているが、水平方向に対してヒートパイプ１５の延在方向が傾いた状態、または水平方向に対してヒートパイプ１５の延在方向が垂直に交わる状態で、収納容器１２を設置しても良い。

本発明のいくつかの実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１２ 収納容器
１３ 金属電極
１４ 誘電体電極
１５ ヒートパイプ
１６ ヒートシンク
２２ ガス入口側空間
２３ ガス出口側空間
２４ ガス流入口
２５ オゾンガス排出口
９００ 通常の金属電極
１１０１ 原料ガス管
１１０２ 排出孔
１２０１ 冷却用管
１４０１ 放電空間
１４０２ 非放電空間
１４０３ 壁
１６０１ 接続孔
１７０１ 非放電電極
Ｃ 電源
ｄ１ 第１方向
Ｄ１ 原料ガスの流入方向
Ｉ１ 第１放電ギャップ
Ｉ２ 第２放電ギャップ
Ｉ３ 第３放電ギャップ
Ｉ４ 第４放電ギャップ

Claims (18)

1. 原料ガスが流入される容器と、
   前記容器内に設けられ、第１方向を軸方向とする円筒状の電極であり、かつ外周面に冷却媒体が供給される第１金属電極と、
   前記第１金属電極の内周面に対向して設けられかつ前記第１金属電極と同軸の円筒状の誘電体電極と、
   前記誘電体電極の内周面に対向して設けられかつ導電性を有するヒートパイプと、
   前記第１金属電極と前記ヒートパイプとの間の空間の外方の空間である外部に設けられかつ前記ヒートパイプに接続されるヒートシンクと、
   前記ヒートパイプに電圧を印加して、前記第１金属電極と前記誘電体電極との間で原料ガスが流入される第１ギャップ、および前記誘電体電極と前記ヒートパイプとの間で原料ガスが流入される第２ギャップの少なくとも一方の原料ガス中で放電させ、当該放電によりオゾンを発生させる電源部と、
   を備えるオゾン発生装置。
2. 前記第１ギャップおよび前記第２ギャップの両方の原料ガス中で放電を発生させるものであり、
   前記原料ガスが、前記第２ギャップを通過した後、前記第１ギャップを通過する流路を有する請求項１に記載のオゾン発生装置。
3. １つの前記誘電体電極の内周面に対向して、複数の前記ヒートパイプが前記第１方向に並設される請求項１または２に記載のオゾン発生装置。
4. 前記ヒートシンクは、前記容器内に設けられ、かつ原料ガスの流入方向において、前記第１ギャップより上流側に位置する請求項１または２に記載のオゾン発生装置。
5. 前記容器内において、原料ガスの流入口近傍に、前記容器内の原料ガスを撹拌する撹拌部をさらに備える請求項４に記載のオゾン発生装置。
6. 前記ヒートパイプは、その外周面に、前記第１方向に延びる螺旋状の溝を有する請求項１から５のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
7. 前記容器内への原料ガスの流入口の直径が、前記容器内からオゾンを排出する排出口の直径よりも小さい請求項４に記載のオゾン発生装置。
8. 前記容器内の複数の前記誘電体電極のうち一部の前記誘電体電極の内周面に対向して、前記誘電体電極と同軸の円筒状の第２金属電極が、前記ヒートパイプに代えて設けられ、前記第１ギャップおよび前記第２ギャップ内への原料ガスの流速が、前記第２金属電極と、前記誘電体電極または前記第１金属電極との間で原料ガスが流入される第３ギャップ内への原料ガスの流速よりも速い請求項１から７のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
9. 前記容器は、前記第１方向を軸方向とする円筒状の容器であり、
   前記容器内への原料ガスの流入口は、前記容器の内周面に沿って原料ガスが周方向に旋回するように設けられている請求項１から８のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
10. 前記ヒートシンクを囲むように設けられ、かつ前記ヒートシンクに向かって原料ガスを排出する排出孔を有する原料ガス管をさらに備える請求項１から９のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
11. 前記ヒートシンクと前記原料ガス管の間に、前記ヒートシンクを囲むように設けられ、かつ内部に冷却媒体が供給される冷却用管をさらに備える請求項１０に記載のオゾン発生装置。
12. 前記第１金属電極と前記誘電体電極と前記ヒートパイプとが設けられる第１エリアと、前記ヒートシンクが設けられる第２エリアとの間を仕切る壁をさらに備える請求項１から１１のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
13. 前記壁は、その一端に、前記第１エリアと前記第２エリアとを接続する接続孔を有し、
    前記容器は、前記壁において前記接続孔が設けられた端とは反対側の端側に、前記容器内への原料ガスの流入口を有する請求項１２に記載のオゾン発生装置。
14. 前記第１金属電極は、その内周面側に、前記誘電体電極および前記ヒートパイプが設けられていない第３金属電極を含み、
    前記第２エリアは、前記第３金属電極の内部を通過した原料ガスが流入される請求項１３に記載のオゾン発生装置。
15. 複数の前記ヒートパイプが１つの前記ヒートシンクと接続される請求項１から１４のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
16. 隣接する前記ヒートパイプに接続される前記ヒートシンクを、原料ガスの流入方向において、前記ヒートパイプの上流側と下流側とに互い違いに接続する請求項１、２、および５から９のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
17. 前記ヒートパイプは、鉄、アルミニウム、ニッケル、銅、モリブデン、チタン、クロム、タングステン、銀、金、白金のうち少なくとも一種類を含む金属または合金、若しくは、前記金属または前記合金によりコーティングされたものである請求項１から１６のいずれか一に記載のオゾン発生装置。
18. 前記容器は、前記ヒートシンクが、前記第１ギャップよりも上方に位置する請求項１、２、４から１５、および１７のいずれか一に記載のオゾン発生装置。

Images