JP2021091585A - Dielectric electrode and ozone generator - Google Patents

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隆昭 村田
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幸夫 鷹箸
亮太 菅沼
Ryota Suganuma
亮太 菅沼
橋本　美智子
Michiko Hashimoto
美智子 橋本
小百合 直井
Sayuri Naoi
小百合 直井
貴恵 久保
Kikei Kubo
貴恵 久保
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Abstract

To provide a dielectric electrode and an ozone generator capable of suppressing increase in size of the ozone generator while reducing the drop of concentration of ozone to be generated even when the frequency of AC voltage applied to the dielectric electrode is lowered.SOLUTION: A dielectric electrode comprises a conductive electrode and a polymer layer. The conductive electrode is a metal conductive electrode. The polymer layer is a layer of polymer that is laminated on the conductive electrode and has a thickness of 0.2 to 1.0 mm and a relative permittivity of 4.6 or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、誘電体電極およびオゾン発生装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to dielectric electrodes and ozone generators.

オゾン発生装置は、誘電体電極と、当該誘電体電極との間に放電ギャップを介して設けられる金属電極と、誘電体電極と金属電極間に交流電圧を印加して、放電ギャップに流れる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装置と、を有する。 The ozone generator is a metal electrode provided between the dielectric electrode and the dielectric electrode via a discharge gap, and a raw material gas flowing through the discharge gap by applying an AC voltage between the dielectric electrode and the metal electrode. It has a power supply device that discharges inside and generates ozone by the discharge.

特開平１０−１８２１０９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-182109 特開２０１３−１９３８９３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-193893

ところで、オゾン発生装置の電源装置が有するインバータは、１．０ｋＨｚ乃至５．０ｋＨｚの周波数の交流電圧を、誘電体電極と金属電極間に対して印加することが多いが、誘電体電極と金属電極間に印加する交流電圧の周波数を低くすることが求められている。しかしながら、電力は、周波数に比例するため、誘電体電極と金属電極間に印加される交流電圧の周波数が低くなると、誘電体電極の電力密度が小さくなり、発生させるオゾンの濃度が低下する。そのため、誘電体電極と金属電極間に印加する交流電圧の周波数を低くしつつ、発生させるオゾンの濃度の低下を軽減するためには、オゾン発生装置のサイズを大きくする必要がある。 By the way, in the inverter of the power supply device of the ozone generator, an AC voltage having a frequency of 1.0 kHz to 5.0 kHz is often applied between the dielectric electrode and the metal electrode, but the dielectric electrode and the metal electrode are used. It is required to lower the frequency of the AC voltage applied between them. However, since the electric power is proportional to the frequency, when the frequency of the AC voltage applied between the dielectric electrode and the metal electrode becomes low, the electric power density of the dielectric electrode becomes small and the concentration of ozone generated decreases. Therefore, in order to reduce the decrease in the concentration of ozone generated while lowering the frequency of the AC voltage applied between the dielectric electrode and the metal electrode, it is necessary to increase the size of the ozone generator.

実施形態の誘電体電極は、導電性電極と、ポリマー層と、を備える。導電性電極は、金属の導電性電極である。ポリマー層は、導電性電極上に積層され、厚さが０．２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下であり、かつ、比誘電率が４．６以下のポリマー層である。 The dielectric electrode of the embodiment includes a conductive electrode and a polymer layer. The conductive electrode is a metal conductive electrode. The polymer layer is a polymer layer laminated on a conductive electrode, having a thickness of 0.2 mm or more and 1.0 mm or less, and having a relative permittivity of 4.6 or less.

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。FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the ozone generator according to the first embodiment. 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誘電体電極の比誘電率とオゾン発生特性との関係の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the relative permittivity of the dielectric electrode and the ozone generation characteristic in the ozone generator according to the first embodiment. 図３は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置における誘電体電極の比誘電率とオゾン発生特性との関係の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the relative permittivity of the dielectric electrode and the ozone generation characteristic in the ozone generator according to the first embodiment. 図４は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置における誘電体電極の厚さとオゾン発生特性との関係の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the thickness of the dielectric electrode and the ozone generation characteristics in the ozone generator according to the first embodiment. 図５は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置における誘電体電極の厚さとオゾン発生特性との関係の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the thickness of the dielectric electrode and the ozone generation characteristics in the ozone generator according to the first embodiment. 図６は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極の構成の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the dielectric electrode included in the ozone generator according to the first embodiment. 図７は、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極のポリマー層として使用可能な誘電体の一例を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an example of a dielectric material that can be used as a polymer layer of a dielectric electrode of the ozone generator according to the present embodiment. 図８は、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極のポリマー層の絶縁破壊電界の一例を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a dielectric breakdown electric field of the polymer layer of the dielectric electrode of the ozone generator according to the present embodiment. 図９Ａは、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極のポリマー層の厚さと誘電体電極の電界強度の関係の一例を説明するための図である。FIG. 9A is a diagram for explaining an example of the relationship between the thickness of the polymer layer of the dielectric electrode and the electric field strength of the dielectric electrode included in the ozone generator according to the present embodiment. 図９Ｂは、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極のポリマー層の厚さと誘電体電極の電界強度の関係の一例を説明するための図である。FIG. 9B is a diagram for explaining an example of the relationship between the thickness of the polymer layer of the dielectric electrode and the electric field strength of the dielectric electrode included in the ozone generator according to the present embodiment. 図９Ｃは、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極のポリマー層の厚さと誘電体電極の電界強度の関係の一例を説明するための図である。FIG. 9C is a diagram for explaining an example of the relationship between the thickness of the polymer layer of the dielectric electrode and the electric field strength of the dielectric electrode included in the ozone generator according to the present embodiment. 図９Ｄは、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極のポリマー層の厚さと誘電体電極の電界強度の関係の一例を説明するための図である。FIG. 9D is a diagram for explaining an example of the relationship between the thickness of the polymer layer of the dielectric electrode and the electric field strength of the dielectric electrode included in the ozone generator according to the present embodiment. 図１０は、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極の構成の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of the dielectric electrode included in the ozone generator according to the second embodiment. 図１１は、第３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。FIG. 11 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the ozone generator according to the third embodiment.

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかる誘電体電極、および当該誘電体電極を適用したオゾン発生装置の一例について説明する。 Hereinafter, an example of the dielectric electrode according to the present embodiment and an ozone generator to which the dielectric electrode is applied will be described with reference to the accompanying drawings.

（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。 (First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the ozone generator according to the first embodiment.

まず、図１を用いて、本実施形態にかかるオゾン発生装置の概略構成の一例について説明する。 First, an example of a schematic configuration of the ozone generator according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態にかかるオゾン発生装置は、図１に示すように、単管のオゾン発生装置の一例である。本実施形態では、オゾン発生装置は、図１に示すように、高電圧電源１０１と、ヒューズ１０２と、高圧給電子１０３と、誘電体電極１０４と、金属電極１０５と、スペーサ１０６と、を有する。 As shown in FIG. 1, the ozone generator according to the present embodiment is an example of a single-tube ozone generator. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the ozone generator has a high voltage power supply 101, a fuse 102, a high voltage power supply 103, a dielectric electrode 104, a metal electrode 105, and a spacer 106. ..

高電圧電源１０１は、誘電体電極１０４に交流電圧を印加して、誘電体電極１０４と金属電極１０５間の放電ギャップ１０７に流入される原料ガス中で放電させ、当該放電によりオゾン（Ｏ３）を発生させる電源装置の一例である。 High voltage power supply 101 is an AC voltage is applied to the dielectric electrodes 104, it is discharged in the material gas flowing into the discharge gap 107 between the dielectric electrodes 104 and the metal electrode 105, the ozone by the discharge (O 3) This is an example of a power supply device that generates.

本実施形態では、高電圧電源１０１は、ヒューズ１０２および高圧給電子１０３を介して、誘電体電極１０４に交流電圧を印加する。また、本実施形態では、高電圧電源１０１は、６００Ｈｚ未満の周波数の交流電圧を、誘電体電極１０４に印加する。 In the present embodiment, the high voltage power supply 101 applies an AC voltage to the dielectric electrode 104 via the fuse 102 and the high voltage power supply 103. Further, in the present embodiment, the high voltage power supply 101 applies an AC voltage having a frequency of less than 600 Hz to the dielectric electrode 104.

ここで、放電ギャップ１０７において発生する放電は、所謂、誘電体バリア放電であり、単に、バリア放電と呼ばれたり、無声放電と呼ばれたりする。また、原料ガスは、酸素や、酸素と窒素の混合ガス、空気等である。また、放電ギャップ１０７に流入される原料ガスのガス圧は、０．１７〜０．２８ＭＰａの絶対圧である。 Here, the discharge generated in the discharge gap 107 is a so-called dielectric barrier discharge, and is simply called a barrier discharge or a silent discharge. The raw material gas is oxygen, a mixed gas of oxygen and nitrogen, air, or the like. The gas pressure of the raw material gas flowing into the discharge gap 107 is an absolute pressure of 0.17 to 0.28 MPa.

誘電体電極１０４は、金属（例えば、ステンレス）の導電性電極と、当該導電性電極上に積層されるポリマー層と、当該ポリマー層上に積層されるガラスコーティング層と、を有する。 The dielectric electrode 104 has a conductive electrode made of metal (for example, stainless steel), a polymer layer laminated on the conductive electrode, and a glass coating layer laminated on the polymer layer.

本実施形態では、誘電体電極１０４は、円筒状の電極であり、当該誘電体電極１０４の外周面側に、放電ギャップ１０７を介して、金属電極１０５が設けられている。また、本実施形態では、誘電体電極１０４が有する導電性電極は、ヒューズ１０２を介して高電圧電源１０１に接続される高圧給電子１０３（給電素子の一例）と接続される。 In the present embodiment, the dielectric electrode 104 is a cylindrical electrode, and a metal electrode 105 is provided on the outer peripheral surface side of the dielectric electrode 104 via a discharge gap 107. Further, in the present embodiment, the conductive electrode included in the dielectric electrode 104 is connected to the high voltage power supply 103 (an example of the power feeding element) connected to the high voltage power supply 101 via the fuse 102.

金属電極１０５は、誘電体電極１０４が有する導電性電極を基準としてポリマー層側に、放電ギャップ１０７を介して設けられる金属電極の一例である。本実施形態では、金属電極１０５は、ステンレス鋼製等の円筒状の電極である。具体的には、金属電極１０５は、誘電体電極１０４と同軸の円筒状の電極であり、誘電体電極１０４の外周面側に、放電ギャップ１０７を介して設けられる。 The metal electrode 105 is an example of a metal electrode provided via a discharge gap 107 on the polymer layer side with reference to the conductive electrode of the dielectric electrode 104. In the present embodiment, the metal electrode 105 is a cylindrical electrode made of stainless steel or the like. Specifically, the metal electrode 105 is a cylindrical electrode coaxial with the dielectric electrode 104, and is provided on the outer peripheral surface side of the dielectric electrode 104 via a discharge gap 107.

また、本実施形態では、金属電極１０５は、誘電体電極１０４との間に放電ギャップ１０７を形成するための複数のスペーサ１０６を有する。本実施形態では、スペーサ１０６は、０．３〜１．３ｍｍ以下の放電ギャップ１０７を形成する突起である。 Further, in the present embodiment, the metal electrode 105 has a plurality of spacers 106 for forming a discharge gap 107 with the dielectric electrode 104. In this embodiment, the spacer 106 is a protrusion forming a discharge gap 107 of 0.3 to 1.3 mm or less.

本実施形態にかかるオゾン発生装置は、金属電極１０５の誘電体電極１０４が設けられる側とは反対側に、冷却水が供給される。これにより、放電ギャップ１０７における誘電体バリア放電により発生する熱が、冷却水により冷却されるので、放電ギャップ１０７内の原料ガスの温度上昇を抑制し、高濃度かつ高収率のオゾンを得ることができる。本実施形態では、オゾン発生装置により生成されるオゾンは、処理すべき水の脱臭や、脱色、殺菌等の水処理に用いられる。 In the ozone generator according to the present embodiment, cooling water is supplied to the side of the metal electrode 105 opposite to the side where the dielectric electrode 104 is provided. As a result, the heat generated by the dielectric barrier discharge in the discharge gap 107 is cooled by the cooling water, so that the temperature rise of the raw material gas in the discharge gap 107 is suppressed, and high-concentration and high-yield ozone is obtained. Can be done. In the present embodiment, ozone generated by the ozone generator is used for water treatment such as deodorization, decolorization, and sterilization of water to be treated.

次に、本実施形態にかかるオゾン発生装置において、誘電体電極１０４に印加する交流電圧の周波数を下げた場合（例えば、交流電圧の周波数を６００Ｈｚ未満に下げた場合）における、誘電体電極１０４の電力密度の変化について説明する。 Next, in the ozone generator according to the present embodiment, when the frequency of the AC voltage applied to the dielectric electrode 104 is lowered (for example, when the frequency of the AC voltage is lowered to less than 600 Hz), the dielectric electrode 104 The change in power density will be described.

誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓは、当該誘電体電極１０４に供給される電力Ｗと、当該誘電体電極１０４の面積（放電面積）Ｓと、の比であり、下記の式（１）により表される。
Ｗ／Ｓ＝４ｆ×Ｃｇ×Ｖ＊×［Ｖｏｐ−（１＋Ｃｏ／Ｃｇ）×Ｖ＊］・・・（１）
ここで、ｆは、誘電体電極１０４に印加される交流電圧の周波数を表す。Ｃｇは、誘電体電極１０４の単位面積当たりの静電容量を表す。Ｖ＊は、放電ギャップ１０７で発生する誘電体バリア放電の放電維持電圧を表す。Ｖｏｐは、高電圧電源１０１の交流電圧のゼロピーク電圧を表す。Ｃｏは、放電ギャップ１０７の単位面積当たりの静電容量を表す。 The power density W / S of the dielectric electrode 104 is the ratio of the power W supplied to the dielectric electrode 104 to the area (discharge area) S of the dielectric electrode 104, and is expressed by the following equation (1). Represented by.
W / S = 4f x Cg x V * x [Vop- (1 + Co / Cg) x V * ] ... (1)
Here, f represents the frequency of the AC voltage applied to the dielectric electrode 104. Cg represents the capacitance per unit area of the dielectric electrode 104. V * represents the discharge maintenance voltage of the dielectric barrier discharge generated in the discharge gap 107. Vop represents the zero peak voltage of the AC voltage of the high voltage power supply 101. Co represents the capacitance per unit area of the discharge gap 107.

また、ＣｇおよびＣｏは、下記の式（２），（３）により表される。
Ｃｇ＝εｒ×（εо／ｄｇ）・・・（２）
Ｃｏ＝εо／ｄ・・・（３）
ここで、εｒは、誘電体電極１０４の比誘電率を表す。εоは、真空の誘電率を表す。ｄｇは、誘電体電極１０４の厚さを表す。ｄは、放電ギャップ１０７の長さを表す。 Further, Cg and Co are represented by the following formulas (2) and (3).
Cg = εr × (εо / deg) ・ ・ ・ (2)
Co = εо / d ... (3)
Here, εr represents the relative permittivity of the dielectric electrode 104. εо represents the permittivity of vacuum. dg represents the thickness of the dielectric electrode 104. d represents the length of the discharge gap 107.

そして、式（１）に対して、式（２），（３）を代入すると、電力密度Ｗ／Ｓは、下記の式（４）により表される。
Ｗ／Ｓ＝４ｆ×εｒ×εо×Ｖ＊×［Ｖｏｐ／ｄｇ−（１＋１／（εｒ×ｄ）×Ｖ＊）・・・（４） Then, by substituting the equations (2) and (3) for the equation (1), the power density W / S is expressed by the following equation (4).
W / S = 4f x εr x εо x V * x [Vop / deg- (1 + 1 / (εr x d) x V * ) ... (4)

上記の式（４）によれば、周波数ｆを下げると、電力密度Ｗ／Ｓは、周波数ｆに比例して、小さくなる。よって、電力密度Ｗ／Ｓを維持するためには、誘電体電極１０４の厚さｄｇを薄くするか、誘電体電極１０４の比誘電率εｒを大きくする必要がある。 According to the above equation (4), when the frequency f is lowered, the power density W / S becomes smaller in proportion to the frequency f. Therefore, in order to maintain the power density W / S, it is necessary to reduce the thickness DG of the dielectric electrode 104 or increase the relative permittivity εr of the dielectric electrode 104.

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誘電体電極の比誘電率とオゾン発生特性との関係の一例を示す図である。図２において、縦軸は、放電ギャップ１０７におけるオゾンの発生効率であるオゾン発生効率（ｇ／ｋＷｈ）を表し、横軸は、放電ギャップ１０７におけるオゾンの濃度であるオゾン濃度（ｇ／Ｎｍ３）を表す。図２に示すオゾン発生特性は、原料ガスが空気である場合におけるオゾン発生特性である。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the relative permittivity of the dielectric electrode and the ozone generation characteristic in the ozone generator according to the first embodiment. In FIG. 2, the vertical axis represents the ozone generation efficiency (g / kWh), which is the ozone generation efficiency in the discharge gap 107, and the horizontal axis represents the ozone concentration (g / Nm 3 ), which is the ozone concentration in the discharge gap 107. Represents. The ozone generation characteristics shown in FIG. 2 are ozone generation characteristics when the raw material gas is air.

次に、図２を用いて、原料ガスが空気である場合における、誘電体電極１０４の比誘電率εｒとオゾン発生特性の関係の一例について説明する。 Next, with reference to FIG. 2, an example of the relationship between the relative permittivity εr of the dielectric electrode 104 and the ozone generation characteristic when the raw material gas is air will be described.

図２に示すように、放電ギャップ１０７のオゾン発生特性は、いずれの比誘電率εｒ（＝２．０、３．０、４．６、７．０）においても、オゾン濃度がゼロの際にオゾン発生効率が最も高く、オゾン濃度が高くなるに従って、オゾンの分解反応によって、オゾン発生効率が低くなり、最終的に、放電ギャップ１０７内のオゾンが飽和する状態となる。 As shown in FIG. 2, the ozone generation characteristics of the discharge gap 107 are obtained when the ozone concentration is zero at any relative permittivity εr (= 2.0, 3.0, 4.6, 7.0). As the ozone generation efficiency becomes the highest and the ozone concentration becomes higher, the ozone decomposition reaction lowers the ozone generation efficiency, and finally, the ozone in the discharge gap 107 becomes saturated.

また、図２に示すように、誘電体電極１０４の比誘電率εｒが高くなるに従って、放電ギャップ１０７内のオゾンが飽和するオゾン濃度が下がり、オゾン発生効率が低くなることが分かる。言い換えると、誘電体電極１０４の比誘電率εｒが小さくなるに従って、放電ギャップ１０７内のオゾンが飽和するオゾン濃度が上がり、オゾン発生効率も高くなる。なお、標準的なガラスの比誘電率εｒは、４．６である。 Further, as shown in FIG. 2, it can be seen that as the relative permittivity εr of the dielectric electrode 104 increases, the ozone concentration at which ozone in the discharge gap 107 is saturated decreases, and the ozone generation efficiency decreases. In other words, as the relative permittivity εr of the dielectric electrode 104 decreases, the ozone concentration at which ozone in the discharge gap 107 is saturated increases, and the ozone generation efficiency also increases. The relative permittivity εr of standard glass is 4.6.

図３は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置における誘電体電極の比誘電率とオゾン発生特性との関係の一例を示す図である。図３において、縦軸は、放電ギャップ１０７におけるオゾンの発生効率であるオゾン発生効率（ｇ／ｋＷｈ）を表し、横軸は、放電ギャップ１０７におけるオゾンの濃度であるオゾン濃度（ｇ／Ｎｍ３）を表す。図３に示すオゾン発生特性は、原料ガスが酸素である場合におけるオゾン発生特性である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the relative permittivity of the dielectric electrode and the ozone generation characteristic in the ozone generator according to the first embodiment. In FIG. 3, the vertical axis represents the ozone generation efficiency (g / kWh), which is the ozone generation efficiency in the discharge gap 107, and the horizontal axis represents the ozone concentration (g / Nm 3 ), which is the ozone concentration in the discharge gap 107. Represents. The ozone generation characteristics shown in FIG. 3 are ozone generation characteristics when the raw material gas is oxygen.

次に、図３を用いて、原料ガスが酸素である場合における、誘電体電極１０４の比誘電率εｒとオゾン発生特性の関係の一例について説明する。 Next, with reference to FIG. 3, an example of the relationship between the relative permittivity εr of the dielectric electrode 104 and the ozone generation characteristics when the raw material gas is oxygen will be described.

図３に示すように、放電ギャップ１０７のオゾン発生特性は、原料ガスが酸素である場合も、原料ガスが空気である場合と同様に、いずれの比誘電率εｒ（＝２．０、３．０、４．６、７．０）においても、オゾン濃度がゼロの際にオゾン発生効率が最も高く、オゾン濃度が高くなるに従って、オゾンの分解反応によって、オゾン発生効率が低くなり、最終的に、放電ギャップ１０７内のオゾンが飽和する状態となる。 As shown in FIG. 3, the ozone generation characteristics of the discharge gap 107 show that when the raw material gas is oxygen, as in the case where the raw material gas is air, any specific dielectric constant εr (= 2.0, 3. Even in 0, 4.6, 7.0), the ozone generation efficiency is highest when the ozone concentration is zero, and as the ozone concentration increases, the ozone decomposition reaction reduces the ozone generation efficiency, and finally , The ozone in the discharge gap 107 becomes saturated.

また、図３に示すように、誘電体電極１０４の比誘電率εｒが高くなるに従って、放電ギャップ１０７内のオゾンが飽和するオゾン濃度が下がり、オゾン発生効率が低くなることが分かる。言い換えると、誘電体電極１０４の比誘電率εｒが小さくなるに従って、放電ギャップ１０７内のオゾンが飽和するオゾン濃度が上がり、オゾン発生効率も高くなる。 Further, as shown in FIG. 3, it can be seen that as the relative permittivity εr of the dielectric electrode 104 increases, the ozone concentration at which ozone in the discharge gap 107 is saturated decreases, and the ozone generation efficiency decreases. In other words, as the relative permittivity εr of the dielectric electrode 104 decreases, the ozone concentration at which ozone in the discharge gap 107 is saturated increases, and the ozone generation efficiency also increases.

以上より、上記の式（４）によれば、周波数ｆを低くした場合でも、誘電体電極１０４の比誘電率εｒを上げることにより、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの低下を軽減することができる。しかしながら、誘電体電極１０４の比誘電率εｒが高くなると、オゾン発生効率が下がるため、誘電体電極１０４の比誘電率εｒは、標準的なガラスの比誘電率εｒである４．６以下とすることが好ましい。 From the above, according to the above equation (4), even when the frequency f is lowered, the decrease in the power density W / S of the dielectric electrode 104 is reduced by increasing the relative permittivity εr of the dielectric electrode 104. be able to. However, as the relative permittivity εr of the dielectric electrode 104 increases, the ozone generation efficiency decreases, so the relative permittivity εr of the dielectric electrode 104 is set to 4.6 or less, which is the relative permittivity εr of standard glass. Is preferable.

図４は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置における誘電体電極の厚さとオゾン発生特性との関係の一例を示す図である。図４において、縦軸は、放電ギャップ１０７におけるオゾン発生効率（ｇ／ｋＷｈ）を表し、横軸は、放電ギャップ１０７におけるオゾン濃度（ｇ／Ｎｍ３）を表す。図４に示すオゾン発生特性は、原料ガスが空気である場合におけるオゾン発生特性である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the thickness of the dielectric electrode and the ozone generation characteristics in the ozone generator according to the first embodiment. In FIG. 4, the vertical axis represents the ozone generation efficiency (g / kWh) in the discharge gap 107, and the horizontal axis represents the ozone concentration (g / Nm 3 ) in the discharge gap 107. The ozone generation characteristics shown in FIG. 4 are ozone generation characteristics when the raw material gas is air.

次に、図４を用いて、原料ガスが空気である場合における、誘電体電極１０４の厚さとオゾン発生特性の関係の一例について説明する。 Next, with reference to FIG. 4, an example of the relationship between the thickness of the dielectric electrode 104 and the ozone generation characteristics when the raw material gas is air will be described.

図４に示すように、放電ギャップ１０７のオゾン発生特性は、誘電体電極１０４の厚さを、１．５ｍｍから０．５ｍｍへ薄くしても、変化しないことが分かる。よって、誘電体電極１０４の厚さを薄くすることによって、放電ギャップ１０７におけるオゾン発生特性を変化させることなく、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓを上げることができる。 As shown in FIG. 4, it can be seen that the ozone generation characteristics of the discharge gap 107 do not change even if the thickness of the dielectric electrode 104 is reduced from 1.5 mm to 0.5 mm. Therefore, by reducing the thickness of the dielectric electrode 104, the power density W / S of the dielectric electrode 104 can be increased without changing the ozone generation characteristics in the discharge gap 107.

図５は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置における誘電体電極の厚さとオゾン発生特性との関係の一例を示す図である。図５において、縦軸は、放電ギャップ１０７におけるオゾン発生効率（ｇ／ｋＷｈ）を表し、横軸は、放電ギャップ１０７におけるオゾン濃度（ｇ／Ｎｍ３）を表す。図５に示すオゾン発生特性は、原料ガスが酸素である場合におけるオゾン発生特性である。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the thickness of the dielectric electrode and the ozone generation characteristics in the ozone generator according to the first embodiment. In FIG. 5, the vertical axis represents the ozone generation efficiency (g / kWh) in the discharge gap 107, and the horizontal axis represents the ozone concentration (g / Nm 3 ) in the discharge gap 107. The ozone generation characteristics shown in FIG. 5 are ozone generation characteristics when the raw material gas is oxygen.

次に、図５を用いて、原料ガスが酸素である場合における、誘電体電極１０４の厚さとオゾン発生特性の関係の一例について説明する。 Next, with reference to FIG. 5, an example of the relationship between the thickness of the dielectric electrode 104 and the ozone generation characteristics when the raw material gas is oxygen will be described.

図５に示すように、放電ギャップ１０７のオゾン発生特性は、原料ガスが酸素である場合も、原料ガスが空気である場合と同様に、誘電体電極１０４の厚さを、１．５ｍｍから０．５ｍｍへと薄くしても、変化しないことが分かる。よって、原料ガスが酸素である場合においても、誘電体電極１０４の厚さを薄くすることによって、放電ギャップ１０７におけるオゾン発生特性を変化させることなく、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓを上げることができる。 As shown in FIG. 5, the ozone generation characteristic of the discharge gap 107 is such that the thickness of the dielectric electrode 104 is reduced from 1.5 mm to 0 even when the raw material gas is oxygen, as in the case where the raw material gas is air. It can be seen that even if it is thinned to .5 mm, it does not change. Therefore, even when the raw material gas is oxygen, by reducing the thickness of the dielectric electrode 104, the power density W / S of the dielectric electrode 104 is increased without changing the ozone generation characteristics in the discharge gap 107. be able to.

以上より、上記の式（４）によれば、誘電体電極１０４に印加する交流電圧の周波数ｆを下げた場合でも、誘電体電極１０４の厚さを薄くすることにより、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの低下を軽減することができる。 From the above, according to the above equation (4), even when the frequency f of the AC voltage applied to the dielectric electrode 104 is lowered, the power of the dielectric electrode 104 is increased by reducing the thickness of the dielectric electrode 104. The decrease in density W / S can be reduced.

そこで、本実施形態にかかるオゾン発生装置では、誘電体電極１０４の厚さを薄くし、かつ、誘電体電極１０４の比誘電率εｒを低く維持することで、高いオゾン濃度および高いオゾン発生効率を維持しつつ、誘電体電極１０４と金属電極１０５間に印加する交流電圧の周波数ｆを下げた場合における、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの低下を軽減する。具体的には、本実施形態にかかるオゾン発生装置では、誘電体電極１０４として、金属の導電性電極と、当該導電性電極上に積層され、厚さが０．２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下であり、かつ、比誘電率が４．６以下のポリマー層と、を有する誘電体電極を用いる。 Therefore, in the ozone generator according to the present embodiment, the thickness of the dielectric electrode 104 is reduced and the relative permittivity εr of the dielectric electrode 104 is maintained low to achieve high ozone concentration and high ozone generation efficiency. While maintaining this, the decrease in the power density W / S of the dielectric electrode 104 when the frequency f of the AC voltage applied between the dielectric electrode 104 and the metal electrode 105 is lowered is reduced. Specifically, in the ozone generator according to the present embodiment, the dielectric electrode 104 is laminated on a metal conductive electrode and the conductive electrode, and has a thickness of 0.2 mm or more and 1.0 mm or less. A dielectric electrode having a polymer layer having a relative permittivity of 4.6 or less and having a specific dielectric constant of 4.6 or less is used.

これにより、誘電体電極１０４に印加する交流電圧の周波数ｆを下げても、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの低下を抑制できる。その結果、誘電体電極１０４に印加する交流電圧の周波数ｆを下げた場合でも、発生させるオゾン濃度の低下を軽減しつつ、オゾン発生装置のサイズの大型化を抑制できる。 As a result, even if the frequency f of the AC voltage applied to the dielectric electrode 104 is lowered, the decrease in the power density W / S of the dielectric electrode 104 can be suppressed. As a result, even when the frequency f of the AC voltage applied to the dielectric electrode 104 is lowered, it is possible to suppress an increase in the size of the ozone generator while reducing the decrease in the generated ozone concentration.

ところで、オゾン発生装置では、誘電体電極１０４にはガラス管を用いるのが一般的であるが、市販されているガラス管の厚さは最も薄いもので１．０ｍｍである。そして、発生させるオゾン濃度の低下を軽減しつつ、誘電体電極１０４に印加する交流電圧の周波数ｆを６００Ｈｚ未満にするためには、誘電体電極１０４が有するガラス管の厚さを０．５ｍｍ程度まで薄くする必要がある。しかしながら、０．５ｍｍ程度の厚さのガラス管を製造することは、その厚さが薄すぎて、工業的に生産することが難しい。 By the way, in the ozone generator, a glass tube is generally used for the dielectric electrode 104, but the thickness of the commercially available glass tube is 1.0 mm at the thinnest. Then, in order to reduce the frequency f of the AC voltage applied to the dielectric electrode 104 to less than 600 Hz while reducing the decrease in the generated ozone concentration, the thickness of the glass tube of the dielectric electrode 104 is about 0.5 mm. Need to be thinned to. However, it is difficult to industrially produce a glass tube having a thickness of about 0.5 mm because the thickness is too thin.

そこで、本実施形態では、ステンレス等の金属パイプ（金属の導電性電極の一例）の表面に、ポリマー層をディップにより付けることにより、薄いポリマー層の形状を保つ。例えば、金属パイプの表面にモノマーをディップして焼成することによってポリマー層を形成する方法や、モノマーを刷毛塗りして焼成することによってポリマー層を形成する方法によって、薄いポリマー層を有する誘電体電極１０４を作成する。 Therefore, in the present embodiment, the shape of the thin polymer layer is maintained by attaching the polymer layer to the surface of a metal pipe (an example of a metal conductive electrode) such as stainless steel by a dip. For example, a dielectric electrode having a thin polymer layer by a method of forming a polymer layer by dipping a monomer on the surface of a metal pipe and firing it, or a method of forming a polymer layer by brushing and firing a monomer. Create 104.

いずれの方法によってポリマー層を形成する場合も、ガラスまたはセラミックの線膨張係数を、基材として機能する金属パイプの線膨張係数と合わせる必要がある。しかし、ガラスまたはセラミックの線膨張係数を、金属パイプの線膨張係数に合わせると、ガラスまたはセラミックの比誘電率εｒが高くなる。その結果、放電ギャップ１０７内のオゾンが飽和するオゾン濃度が下がり、オゾン発生効率も低くなる。 When forming the polymer layer by either method, it is necessary to match the coefficient of linear expansion of glass or ceramic with the coefficient of linear expansion of a metal pipe that functions as a base material. However, when the coefficient of linear expansion of glass or ceramic is matched with the coefficient of linear expansion of a metal pipe, the relative permittivity εr of glass or ceramic becomes high. As a result, the ozone concentration at which ozone in the discharge gap 107 is saturated decreases, and the ozone generation efficiency also decreases.

よって、金属の導電性電極上に積層するポリマー層には、柔らかい材料で、かつガラス以下の比誘電率εｒを有する材料を用いることが好ましい。そこで、本実施形態では、上述したように、比誘電率εｒが４．６以下のポリマー層を、金属の導電性電極上に積層する。これにより、金属の導電性電極上にポリマー層を積層する場合に、ポリマー層の比誘電率εｒが高くなることを軽減できるので、放電ギャップ１０７内のオゾンが飽和するオゾン濃度が下がり、オゾン発生効率が低くなることを抑制できる。 Therefore, it is preferable to use a soft material and a material having a relative permittivity εr equal to or lower than that of glass for the polymer layer laminated on the conductive electrode of the metal. Therefore, in the present embodiment, as described above, a polymer layer having a relative permittivity εr of 4.6 or less is laminated on the conductive electrode of the metal. As a result, when the polymer layer is laminated on the conductive electrode of the metal, it is possible to reduce the increase in the relative permittivity εr of the polymer layer, so that the ozone concentration at which ozone in the discharge gap 107 is saturated decreases, and ozone is generated. It is possible to suppress the decrease in efficiency.

ただし、ポリマー層上に保護層を積層しない場合、ポリマー層が、放電ギャップ１０７内で発生する誘電体バリア放電にさらされて、誘電体電極１０４の劣化が速まる可能性がある。そのため、本実施形態では、誘電体電極１０４は、ポリマー層上に積層されるガラスコーティング層を有する。言い換えると、誘電体電極１０４は、ポリマー層が有する面のうち放電ギャップ１０７側の面上に積層されるガラスコーティング層を有する。 However, if the protective layer is not laminated on the polymer layer, the polymer layer may be exposed to the dielectric barrier discharge generated in the discharge gap 107, and the deterioration of the dielectric electrode 104 may be accelerated. Therefore, in the present embodiment, the dielectric electrode 104 has a glass coating layer laminated on the polymer layer. In other words, the dielectric electrode 104 has a glass coating layer laminated on the surface of the polymer layer on the discharge gap 107 side.

これにより、ポリマー層が放電ギャップ１０７内で発生する誘電体バリア放電にさらされることを防止できるので、誘電体電極１０４の劣化が速まることを抑制することができる。 As a result, the polymer layer can be prevented from being exposed to the dielectric barrier discharge generated in the discharge gap 107, so that the deterioration of the dielectric electrode 104 can be suppressed from being accelerated.

本実施形態では、保護層としてのガラスコーティング層には、ポリシラザシを用いることが可能である。ポリシラザシは、下記の式（５）に示すように、空気中の水分と反応して、シリカ層を形成可能である。
−ＳｉＨ２ＮＨ− ＋ ２Ｈ２Ｏ → ＳｉＯ２ ＋ ＮＨ３ ＋ ２Ｈ２・・・（５） In the present embodiment, polysilica can be used as the glass coating layer as the protective layer. As shown in the following formula (5), the polysilica can react with the moisture in the air to form a silica layer.
-SiH 2 NH- + 2H 2 O → SiO 2 + NH 3 + 2H 2 ... (5)

シリカ層は、石英ガラスとなっており、その厚さが厚すぎると、ポリマー層から剥離する可能性がある。そのため、ガラスコーティング層は、２０００〜８０００Åの厚さで形成することが好ましい。石英ガラスは、オゾン発生装置の放電管に採用される材料であり、耐放電性を有する材料である。 The silica layer is quartz glass, and if it is too thick, it may peel off from the polymer layer. Therefore, the glass coating layer is preferably formed to a thickness of 2000 to 8000 Å. Quartz glass is a material used for the discharge tube of an ozone generator and has discharge resistance.

図６は、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極の構成の一例を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the dielectric electrode included in the ozone generator according to the first embodiment.

次に、図６を用いて、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極１０４の構成の一例について説明する。 Next, an example of the configuration of the dielectric electrode 104 included in the ozone generator according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態では、誘電体電極１０４は、図６に示すように、金属の導電性電極１０４ａと、ポリマー層１０４ｂと、ガラスコーティング層１０４ｃと、を有する。 In this embodiment, the dielectric electrode 104 has a metal conductive electrode 104a, a polymer layer 104b, and a glass coating layer 104c, as shown in FIG.

本実施形態では、金属の導電性電極１０４ａは、図６に示すように、ステンレスの円筒状の電極（所謂、ステンレスパイプ）であり、その厚さが約１．０ｍｍの電極である。 In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the metal conductive electrode 104a is a stainless cylindrical electrode (so-called stainless steel pipe), and the thickness thereof is about 1.0 mm.

本実施形態では、ポリマー層１０４ｂは、図６に示すように、導電性電極１０４ａ上に積層され、その厚さが約０．５ｍｍの誘電体層の一例である。本実施形態では、ポリマー層１０４ｂの厚さは、０．５ｍｍとしているが、０．２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下であれば、これに限定するものではない。また、ポリマー層１０４ｂは、比誘電率εｒが４．６以下のポリマーにより形成される。 In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the polymer layer 104b is an example of a dielectric layer laminated on the conductive electrode 104a and having a thickness of about 0.5 mm. In the present embodiment, the thickness of the polymer layer 104b is 0.5 mm, but the thickness is not limited to 0.2 mm or more and 1.0 mm or less. Further, the polymer layer 104b is formed of a polymer having a relative permittivity εr of 4.6 or less.

ガラスコーティング層１０４ｃは、図６に示すように、ポリマー層１０４ｂ上に積層され、その厚さが約０．３μｍの保護層の一例である。本実施形態では、ガラスコーティング層１０４ｃの厚さは、約０．３μｍとしているが、０．２μｍ以上かつ０．８μｍ以下であれば、これに限定するものではない。 As shown in FIG. 6, the glass coating layer 104c is an example of a protective layer laminated on the polymer layer 104b and having a thickness of about 0.3 μm. In the present embodiment, the thickness of the glass coating layer 104c is about 0.3 μm, but the thickness is not limited to this as long as it is 0.2 μm or more and 0.8 μm or less.

図７は、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極のポリマー層として使用可能な誘電体の一例を説明するための図である。図７において、縦軸は、誘電体の比誘電率εｒを表し、横軸は、誘電体の種類を表す。 FIG. 7 is a diagram for explaining an example of a dielectric material that can be used as a polymer layer of a dielectric electrode of the ozone generator according to the present embodiment. In FIG. 7, the vertical axis represents the relative permittivity εr of the dielectric, and the horizontal axis represents the type of the dielectric.

次に、図７を用いて、誘電体電極１０４のポリマー層１０４ｂとして使用可能な誘電体の一例について説明する。 Next, an example of a dielectric that can be used as the polymer layer 104b of the dielectric electrode 104 will be described with reference to FIG. 7.

上述したように、ポリマー層１０４ｂとして用いる誘電体は、ガラスより比誘電率εｒが小さい材料であることが好ましい。図７に示すように、ガラスのうち、比誘電率εｒが最も小さい材料が石英であり、その比誘電率εｒが３．７７である。 As described above, the dielectric used as the polymer layer 104b is preferably a material having a relative permittivity εr smaller than that of glass. As shown in FIG. 7, among the glasses, the material having the smallest relative permittivity εr is quartz, and the relative permittivity εr is 3.77.

よって、ポリマー層１０４ｂとして用いる誘電体は、その比誘電率εｒが３．７７より小さい材料、例えば、ポリ４フッ化エチレン、ポリブタジエン、ポリエチレン、ポリフェニレンオキシド、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、エボナイト、ポリカーボネイト、珪素樹脂、ポリスルホン、ポリイミド、ポリビニルホルマールが好ましい。 Therefore, the dielectric used as the polymer layer 104b is a material having a relative permittivity εr smaller than 3.77, for example, polytetrafluoride ethylene, polybutadiene, polyethylene, polyphenylene oxide, polystyrene, polyethylene terephthalate, ebonyite, polyvinylate, silicon resin , Polysulfone, polyimide, polyvinylformal are preferred.

ただし、オゾン発生装置の誘電体電極１０４として用いられるホウケイ酸ガラスは、その比誘電率εｒが４．６であるため、比誘電率εｒが４．６より低い誘電体、例えば、ポリ４フッ化エチレン、ポリブタジエン、ポリエチレン、ポリフェニレンオキシド、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、エボナイト、ポリカーボネイト、珪素樹脂、ポリスルホン、ポリイミド、ポリビニルホルマール、ポリアミド、グリブタル、メタクリ樹脂、エポキシ樹脂であっても良い。 However, since the borosilicate glass used as the dielectric electrode 104 of the ozone generator has a relative permittivity εr of 4.6, a dielectric having a relative permittivity εr lower than 4.6, for example, polypolystyrene. It may be ethylene, polybutadiene, polyethylene, polyphenylene oxide, polystyrene, polyethylene terephthalate, evonium, polycarbonate, silicon resin, polysulfone, polyimide, polyvinylformal, polyamide, glybutal, methacrylate resin, or epoxy resin.

図８は、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極のポリマー層の絶縁破壊電界の一例を説明するための図である。図８において、縦軸は、誘電体電極１０４のポリマー層１０４ｂとして使用可能な誘電体の絶縁破壊電界強度（ｋＶ／ｍｍ）を表し、横軸は、誘電体電極１０４のポリマー層１０４ｂとして使用可能な誘電体の種類を表す。 FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a dielectric breakdown electric field of the polymer layer of the dielectric electrode of the ozone generator according to the present embodiment. In FIG. 8, the vertical axis represents the dielectric breakdown electric field strength (kV / mm) of the dielectric that can be used as the polymer layer 104b of the dielectric electrode 104, and the horizontal axis represents the dielectric breakdown electric field strength (kV / mm) that can be used as the polymer layer 104b of the dielectric electrode 104. Represents the type of dielectric.

次に、図８を用いて、誘電体電極１０４のポリマー層１０４ｂとして使用可能な誘電体の絶縁破壊電界強度（耐電圧）の一例について説明する。 Next, an example of the dielectric breakdown electric field strength (withstand voltage) of the dielectric that can be used as the polymer layer 104b of the dielectric electrode 104 will be described with reference to FIG.

誘電体の絶縁破壊電界強度は、図８に示すように、その誘電体の種類によって異なる。例えば、プラズマ・アクチュエータ等に用いられる誘電体（ポリマー）の一例であり、比誘電率εｒが３．４のポリイミドは、図８に示すように、絶縁破壊電界強度が１７，０００Ｖ／ｍｍである。そのため、ポリマー層１０４ｂとしてポリイミドを用いる場合には、誘電体電極１０４における電界強度が１７，０００Ｖ／ｍｍ以下となるように、誘電体電極１０４に交流電圧を印加することが好ましい。 As shown in FIG. 8, the dielectric breakdown electric field strength of a dielectric varies depending on the type of the dielectric. For example, a polyimide having a relative permittivity of 3.4, which is an example of a dielectric (polymer) used for a plasma actuator or the like, has a dielectric breakdown electric field strength of 17,000 V / mm as shown in FIG. .. Therefore, when polyimide is used as the polymer layer 104b, it is preferable to apply an AC voltage to the dielectric electrode 104 so that the electric field strength in the dielectric electrode 104 is 17,000 V / mm or less.

また、比誘電率εｒが２．０のポリ４フッ化エチレンは、図８に示すように、絶縁破壊電界強度が２２，５００Ｖ／ｍｍである。そのため、ポリマー層１０４ｂとしてポリ４フッ化エチレンを用いる場合には、誘電体電極１０４における電界強度が２２，５００Ｖ／ｍｍ以下となるように、誘電体電極１０４に交流電圧を印加することが好ましい。 Further, as shown in FIG. 8, the polytetrafluorinated ethylene having a relative permittivity εr of 2.0 has a dielectric breakdown electric field strength of 22,500 V / mm. Therefore, when polypolyethylene fluoride is used as the polymer layer 104b, it is preferable to apply an AC voltage to the dielectric electrode 104 so that the electric field strength in the dielectric electrode 104 is 22,500 V / mm or less.

また、比誘電率εｒが４．６に最も近く、かつ最も一般的な絶縁材料であるエポキシ樹脂は、図８に示すように、絶縁破壊電界強度が２０，０００Ｖ／ｍｍである。そのため、ポリマー層１０４ｂとしてエポキシ樹脂を用いる場合には、誘電体電極１０４における電界強度が２０，０００Ｖ／ｍｍ以下となるように、誘電体電極１０４に交流電圧を印加することが好ましい。 Epoxy resin, which has a relative permittivity εr closest to 4.6 and is the most common insulating material, has a dielectric breakdown electric field strength of 20,000 V / mm, as shown in FIG. Therefore, when an epoxy resin is used as the polymer layer 104b, it is preferable to apply an AC voltage to the dielectric electrode 104 so that the electric field strength in the dielectric electrode 104 is 20,000 V / mm or less.

また、エポキシ樹脂に対して充填剤を加えることによって、比誘電率εｒを７．０と高くした誘電体も存在するが、図８に示すように、絶縁破壊電界強度が２０，０００Ｖ／ｍｍであり、エポキシ樹脂の絶縁破壊電界と同程度である。そのため、エポキシ樹脂に対して充填剤を加えた誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いる場合も、誘電体電極１０４における電界強度が２０，０００Ｖ／ｍｍ以下となるように、誘電体電極１０４に交流電圧を印加することが好ましい。 Further, there is a dielectric in which the relative permittivity εr is increased to 7.0 by adding a filler to the epoxy resin, but as shown in FIG. 8, the dielectric breakdown electric field strength is 20,000 V / mm. Yes, it is about the same as the dielectric breakdown electric field of epoxy resin. Therefore, even when a dielectric obtained by adding a filler to an epoxy resin is used as the polymer layer 104b, an AC voltage is applied to the dielectric electrode 104 so that the electric field strength of the dielectric electrode 104 is 20,000 V / mm or less. It is preferable to apply.

図９Ａ〜図９Ｄは、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極のポリマー層の厚さと誘電体電極の電界強度の関係の一例を説明するための図である。図９Ａ〜図９Ｄにおいて、縦軸は、ポリマー層１０４ｂの電界強度Ｅｇを表し、横軸は、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓ（Ｗ／ｍ２）を表す。 9A to 9D are diagrams for explaining an example of the relationship between the thickness of the polymer layer of the dielectric electrode and the electric field strength of the dielectric electrode included in the ozone generator according to the present embodiment. In FIGS. 9A-9D, the vertical axis represents the electric field strength Eg of the polymer layer 104b, and the horizontal axis represents the power density W / S (W / m 2 ) of the dielectric electrode 104.

次に、図９Ａ〜図９Ｄを用いて、誘電体電極１０４のポリマー層１０４ｂの厚さｄｇと、当該ポリマー層１０４ｂの電界強度Ｅｇと、の関係を一例について説明する。 Next, with reference to FIGS. 9A to 9D, the relationship between the thickness DG of the polymer layer 104b of the dielectric electrode 104 and the electric field strength Eg of the polymer layer 104b will be described as an example.

図９Ａに示すように、厚さｄｇが０．５ｍｍかつ比誘電率εｒが２．０の誘電体（例えば、ポリ４フッ化エチレン）をポリマー層１０４ｂとして用いる場合、ポリ４フッ化エチレンの絶縁破壊電界強度である２２，５００Ｖ／ｍｍ（図８参照）となる電力密度Ｗ／Ｓが１，８００Ｗ／ｍ２であるため、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓが１，８００Ｗ／ｍ２以上になると、誘電体電極１０４において絶縁破壊が発生する。そのため、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの仕様が５００〜２，７００Ｗ／ｍ２である場合、厚さｄｇが０．５ｍｍかつ比誘電率εｒが２．０の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いることは難しい場合がある。 As shown in FIG. 9A, when a dielectric having a thickness of 0.5 mm and a relative permittivity of εr of 2.0 (for example, polytetrafluoride ethylene) is used as the polymer layer 104b, the polytetrafluoride dielectric breakdown is used. Since the power density W / S at which the breakdown electric field strength is 22,500 V / mm (see FIG. 8) is 1,800 W / m 2 , the power density W / S of the dielectric electrode 104 is 1,800 W / m 2. When the above is done, dielectric breakdown occurs in the dielectric electrode 104. Therefore, when the specification of the power density W / S of the dielectric electrode 104 is 500 to 2,700 W / m 2 , a dielectric having a thickness of 0.5 mm and a relative permittivity of εr of 2.0 is used as the polymer layer 104b. It can be difficult to use as.

また、図９Ａに示すように、厚さｄｇが０．５ｍｍかつ比誘電率εｒが３．４の誘電体（例えば、ポリイミド）をポリマー層１０４ｂとして用いる場合、電力密度Ｗ／Ｓが２，７００Ｗ／ｍ２の際の電界強度Ｅｇが１８，０００Ｖ／ｍｍである。よって、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓが２，７００Ｗ／ｍ２となっても、電界強度Ｅｇが、ポリイミドの絶縁破壊電界強度である１８，０００Ｖ／ｍｍ（図８参照）以下となるので、誘電体電極１０４において絶縁破壊が発生しない。そのため、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの仕様が５００〜２，７００Ｗ／ｍ２である場合には、厚さｄｇが０．５ｍｍかつ比誘電率εｒが３．４の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いることが好ましい。 Further, as shown in FIG. 9A, when a dielectric having a thickness of 0.5 mm and a relative permittivity of εr of 3.4 (for example, polyimide) is used as the polymer layer 104b, the power density W / S is 2,700 W. The electric field strength Eg at / m 2 is 18,000 V / mm. Therefore, even if the power density W / S of the dielectric electrode 104 is 2,700 W / m 2 , the electric field strength Eg is 18,000 V / mm or less (see FIG. 8), which is the dielectric breakdown electric field strength of the polyimide. Therefore, dielectric breakdown does not occur in the dielectric electrode 104. Therefore, when the specification of the power density W / S of the dielectric electrode 104 is 500 to 2,700 W / m 2 , a dielectric having a thickness of 0.5 mm and a relative permittivity of εr of 3.4 is polymerized. It is preferably used as the layer 104b.

また、図９Ａに示すように、厚さｄｇが０．５ｍｍかつ比誘電率εｒが４．６の誘電体（例えば、エポキシ樹脂）をポリマー層１０４ｂとして用いる場合、電力密度Ｗ／Ｓが２，７００Ｗ／ｍ２の際の電界強度Ｅｇが１３，０００Ｖ／ｍｍである。よって、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓが２，７００Ｗ／ｍ２となっても、電界強度Ｅｇが、エポキシ樹脂のエポキシ樹脂の絶縁破壊電界強度である２０，０００Ｖ／ｍｍ（図８参照）以下となるので、誘電体電極１０４において絶縁破壊が発生しない。そのため、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの仕様が５００〜２，７００Ｗ／ｍ２である場合には、厚さｄｇが０．５ｍｍかつ比誘電率εｒが４．６の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いることが好ましい。 Further, as shown in FIG. 9A, when a dielectric having a thickness of 0.5 mm and a relative permittivity of εr of 4.6 (for example, an epoxy resin) is used as the polymer layer 104b, the power density W / S is 2, The electric field strength Eg at 700 W / m 2 is 13,000 V / mm. Therefore, even if the power density W / S of the dielectric electrode 104 is 2,700 W / m 2 , the electric field strength Eg is 20,000 V / mm, which is the dielectric breakdown electric field strength of the epoxy resin of the epoxy resin (see FIG. 8). ), Therefore, dielectric breakdown does not occur in the dielectric electrode 104. Therefore, when the specification of the power density W / S of the dielectric electrode 104 is 500 to 2,700 W / m 2 , a dielectric having a thickness of 0.5 mm and a relative permittivity of εr of 4.6 is used as a polymer. It is preferably used as the layer 104b.

また、図９Ａに示すように、厚さｄｇが０．５ｍｍかつ比誘電率εｒが７．０の誘電体（例えば、エポキシ樹脂に充填剤を加えた誘電体）をポリマー層１０４ｂとして用いる場合も、電力密度Ｗ／Ｓが２，７００Ｗ／ｍ２の際の電界強度Ｅｇが７，０００Ｖ／ｍｍである。よって、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓが２，７００Ｗ／ｍ２となっても、電界強度Ｅｇが、エポキシ樹脂に充填剤を加えた誘電体の絶縁破壊電界強度である２０，０００Ｖ／ｍｍ（図８参照）以下となるので、誘電体電極１０４において絶縁破壊が発生しない。しかしながら、図９Ａに示すように、電力密度Ｗ／Ｓが７５０Ｗ／ｍ２以下である場合、誘電体電極１０４に電界が発生しなくなってしまう。そのため、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの仕様が５００〜２，７００Ｗ／ｍ２である場合には、厚さｄｇが０．５ｍｍかつ比誘電率εｒが７．０の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いることは難しい場合がある。 Further, as shown in FIG. 9A, a dielectric having a thickness of 0.5 mm and a relative permittivity of εr of 7.0 (for example, a dielectric obtained by adding a filler to an epoxy resin) may be used as the polymer layer 104b. When the power density W / S is 2,700 W / m 2 , the electric field strength Eg is 7,000 V / mm. Therefore, even if the power density W / S of the dielectric electrode 104 is 2,700 W / m 2 , the electric field strength Eg is 20,000 V / m, which is the dielectric breakdown electric field strength of the dielectric obtained by adding a filler to the epoxy resin. Since it is mm (see FIG. 8) or less, dielectric breakdown does not occur in the dielectric electrode 104. However, as shown in FIG. 9A, when the power density W / S is 750 W / m 2 or less, an electric field is not generated in the dielectric electrode 104. Therefore, when the specification of the power density W / S of the dielectric electrode 104 is 500 to 2,700 W / m 2 , a dielectric having a thickness of 0.5 mm and a relative permittivity of εr of 7.0 is polymerized. It can be difficult to use as layer 104b.

以上より、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの仕様が５００〜２，７００Ｗ／ｍ２である場合、誘電体電極１０４のポリマー層１０４ｂとして、比誘電率εｒが２．０より大きくかつ４．６以下の誘電体を用いれば、ポリマー層１０４ｂの絶縁破壊電界強度以下の電界強度Ｅｇによって、オゾン発生効率の低減を抑制しつつ、オゾンを発生させることができることが分かる。 From the above, when the specification of the power density W / S of the dielectric electrode 104 is 500 to 2,700 W / m 2 , the relative permittivity εr is larger than 2.0 and 4 as the polymer layer 104b of the dielectric electrode 104. It can be seen that if a dielectric of 6.6 or less is used, the electric field strength Eg of the dielectric breakdown electric field strength or less of the polymer layer 104b can generate ozone while suppressing the reduction of the ozone generation efficiency.

また、図９Ｂに示すように、厚さｄｇが０．２ｍｍの誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いる場合も、いずれの比誘電率εｒ（＝２．０、３．４、４．６、７．０）の誘電体においても、電力密度Ｗ／Ｓが２，７００Ｗ／ｍ２の際の電界強度Ｅｇが、絶縁破壊電界強度（図８参照）以下となるので、誘電体電極１０４において絶縁破壊が発生しない。さらに、ポリマー層１０４ｂの厚さｄｇが０．５ｍｍから０．２ｍｍに薄くなることで、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓを上げることができる。 Further, as shown in FIG. 9B, when a dielectric having a thickness of 0.2 mm is used as the polymer layer 104b, any of the relative permittivity εr (= 2.0, 3.4, 4.6, 7. Even in the dielectric of 0), the electric field strength Eg when the power density W / S is 2,700 W / m 2 is equal to or less than the dielectric breakdown electric field strength (see FIG. 8), so that the dielectric breakdown occurs in the dielectric electrode 104. Does not occur. Further, by reducing the thickness dg of the polymer layer 104b from 0.5 mm to 0.2 mm, the power density W / S of the dielectric electrode 104 can be increased.

ただし、例えば、ポリマー層１０４ｂが、比誘電率εｒが２．０のポリ４フッ化エチレンである場合、絶縁破壊電界強度が２２，５００Ｖ／ｍｍ（図８参照）なので、厚さｄｇを０．２ｍｍまで薄くすると、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓを、当該電力密度Ｗ／Ｓの仕様の上限である２，７００Ｗ／ｍ２まで上げることは難しい。よって、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの仕様の上限が２，７００Ｗ／ｍ２である場合、厚さｄｇが０．２ｍｍかつ比誘電率εｒが２．０のポリ４フッ化エチレンをポリマー層１０４ｂとして用いることは難しい場合がある。 However, for example, when the polymer layer 104b is polytetrafluoroethylene having a relative permittivity εr of 2.0, the dielectric breakdown electric field strength is 22,500 V / mm (see FIG. 8), so the thickness DG is set to 0. When the thickness is reduced to 2 mm, it is difficult to raise the power density W / S of the dielectric electrode 104 to 2,700 W / m 2, which is the upper limit of the specifications of the power density W / S. Therefore, when the upper limit of the power density W / S specification of the dielectric electrode 104 is 2,700 W / m 2 , polyethylene tetrafluoride having a thickness of 0.2 mm and a relative permittivity of εr of 2.0 is used. It can be difficult to use as the polymer layer 104b.

一方、例えば、ポリマー層１０４ｂが、比誘電率εｒが３．４のポリイミドである場合、絶縁破壊電界強度が１７，０００Ｖ／ｍｍ（図８参照）なので、厚さｄｇを０．２ｍｍまで薄くしても、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓを、当該電力密度Ｗ／Ｓの仕様の上限である２，７００Ｗ／ｍ２まで上げることできる。よって、比誘電率εｒが３．４のポリイミドをポリマー層１０４ｂとして用いる場合、誘電体電極１０４に印加する交流電圧の周波数ｆを下げたとしても、ポリマー層１０４ｂの厚さｄｇを０．２ｍｍに薄くすることで、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓが下がることを軽減できるので、発生させるオゾン濃度の低下を軽減しつつ、オゾン発生装置のサイズの大型化を抑制できる。 On the other hand, for example, when the polymer layer 104b is a polyimide having a relative permittivity εr of 3.4, the dielectric breakdown electric field strength is 17,000 V / mm (see FIG. 8), so the thickness DG is reduced to 0.2 mm. However, the power density W / S of the dielectric electrode 104 can be increased to 2,700 W / m 2, which is the upper limit of the specifications of the power density W / S. Therefore, when a polyimide having a relative permittivity of 3.4 is used as the polymer layer 104b, the thickness DG of the polymer layer 104b is reduced to 0.2 mm even if the frequency f of the AC voltage applied to the dielectric electrode 104 is lowered. By making the thickness thinner, it is possible to reduce the decrease in the power density W / S of the dielectric electrode 104, so that it is possible to suppress an increase in the size of the ozone generator while reducing the decrease in the generated ozone concentration.

また、図９Ｃに示すように、厚さｄｇが０．１ｍｍの誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いる場合、いずれの比誘電率εｒ（＝２．０、３．４）の誘電体においても、電力密度Ｗ／Ｓが２，７００Ｗ／ｍ２の際の電界強度Ｅｇが、それぞれの絶縁破壊電界強度（図８参照）以下となるので、誘電体電極１０４において絶縁破壊が発生しない。よって、比誘電率εｒが２．０または３．４の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いる場合、誘電体電極１０４に印加する交流電圧の周波数ｆを下げたとしても、ポリマー層１０４ｂの厚さｄｇを０．１ｍｍに薄くすることで、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓが下がることを軽減できるので、発生させるオゾン濃度の低下を軽減しつつ、オゾン発生装置のサイズの大型化を抑制できる。 Further, as shown in FIG. 9C, when a dielectric having a thickness of 0.1 mm is used as the polymer layer 104b, the electric field can be applied to any dielectric having a relative permittivity of εr (= 2.0, 3.4). Since the electric field strength Eg when the density W / S is 2,700 W / m 2 is equal to or less than the respective dielectric breakdown electric field strength (see FIG. 8), dielectric breakdown does not occur in the dielectric electrode 104. Therefore, when a dielectric having a relative permittivity εr of 2.0 or 3.4 is used as the polymer layer 104b, the thickness of the polymer layer 104b is dg even if the frequency f of the AC voltage applied to the dielectric electrode 104 is lowered. By reducing the thickness to 0.1 mm, it is possible to reduce the decrease in the power density W / S of the dielectric electrode 104, so that it is possible to suppress the increase in the size of the ozone generator while reducing the decrease in the generated ozone concentration. ..

ただし、図９Ｃに示すように、厚さｄｇが０．１ｍｍ、かつ比誘電率εｒが４．６または７．０の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いる場合、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの仕様である５００〜２，７００Ｗ／ｍ２において、誘電体電極１０４に電界が発生しない可能性がある。そのため、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの仕様が５００〜２，７００Ｗ／ｍ２である場合、厚さｄｇが０．１ｍｍ、かつ比誘電率εｒが４．６または７．０の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いることが難しい可能性がある。よって、比誘電率εｒが４．６または７．０の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いる場合、ポリマー層１０４ｂの厚さｄｇを０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。 However, as shown in FIG. 9C, when a dielectric having a thickness of 0.1 mm and a relative permittivity of 4.6 or 7.0 is used as the polymer layer 104b, the power density of the dielectric electrode 104 is W / At 500 to 2,700 W / m 2 , which is the specification of S, there is a possibility that an electric field is not generated in the dielectric electrode 104. Therefore, when the specification of the power density W / S of the dielectric electrode 104 is 500 to 2,700 W / m 2 , the thickness dl is 0.1 mm and the relative permittivity εr is 4.6 or 7.0. It can be difficult to use the body as the polymer layer 104b. Therefore, when a dielectric having a relative permittivity εr of 4.6 or 7.0 is used as the polymer layer 104b, the thickness DG of the polymer layer 104b is preferably 0.2 mm or more.

また、図９Ｄに示すように、厚さｄｇが０．０５ｍｍの誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いる場合、比誘電率εｒ（＝２．０）の誘電体においては、電力密度Ｗ／Ｓが２，７００Ｗ／ｍ２の際の電界強度Ｅｇが、絶縁破壊電界強度（図８参照）以下となるので、誘電体電極１０４において絶縁破壊が発生しない。よって、比誘電率εｒが２．０の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いる場合、誘電体電極１０４に印加する交流電圧の周波数ｆを下げたとしても、ポリマー層１０４ｂの厚さｄｇを０．０５ｍに薄くすることで、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓが下がることを軽減できるので、発生させるオゾン濃度の低下を低減しつつ、オゾン発生装置のサイズの大型化を抑制できる。 Further, as shown in FIG. 9D, when a dielectric having a thickness of 0.05 mm is used as the polymer layer 104b, the power density W / S is 2 in the dielectric having a relative permittivity of εr (= 2.0). Since the electric field strength Eg at 700 W / m 2 is equal to or less than the dielectric breakdown electric field strength (see FIG. 8), dielectric breakdown does not occur in the dielectric electrode 104. Therefore, when a dielectric having a relative permittivity εr of 2.0 is used as the polymer layer 104b, the thickness DG of the polymer layer 104b is 0.05 m even if the frequency f of the AC voltage applied to the dielectric electrode 104 is lowered. By making the dielectric electrode 104 thinner, it is possible to reduce the decrease in the power density W / S of the dielectric electrode 104, so that it is possible to suppress an increase in the size of the ozone generator while reducing the decrease in the generated ozone concentration.

ただし、図９Ｄに示すように、厚さｄｇが０．０５ｍｍ、かつ比誘電率εｒが、３．４、４．６、または７．０の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いる場合、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの仕様である５００〜２，７００Ｗ／ｍ２において、誘電体電極１０４に電界が発生しない可能性がある。そのため、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの仕様が５００〜２，７００Ｗ／ｍ２である場合、厚さｄｇが０．０５ｍｍ、かつ比誘電率εｒが、３．４、４．６、または７．０の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いることは難しい。よって、比誘電率εｒが３．４、４．６、または７．０の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いる場合、ポリマー層１０４ｂの厚さｄｇを０．１ｍｍまたは０．２ｍｍ以上とすることが好ましい。 However, as shown in FIG. 9D, when a dielectric having a thickness of 0.05 mm and a relative permittivity of εr of 3.4, 4.6, or 7.0 is used as the polymer layer 104b, the dielectric electrode At 500 to 2,700 W / m 2 , which is the specification of the power density W / S of 104, there is a possibility that an electric field is not generated at the dielectric electrode 104. Therefore, when the specification of the power density W / S of the dielectric electrode 104 is 500 to 2,700 W / m 2 , the thickness dl is 0.05 mm and the relative permittivity εr is 3.4, 4.6. Alternatively, it is difficult to use the 7.0 dielectric as the polymer layer 104b. Therefore, when a dielectric having a relative permittivity εr of 3.4, 4.6, or 7.0 is used as the polymer layer 104b, the thickness DG of the polymer layer 104b may be 0.1 mm or 0.2 mm or more. preferable.

以上より、比誘電率εｒが４．６以下の誘電体をポリマー層１０４ｂとして用いかつ誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの仕様の上限が２，７００Ｗ／ｍ２である場合、誘電体電極１０４のポリマー層１０４ｂの厚さは、０．０５ｍｍ以上かつ０．５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、誘電体電極１０４と金属電極１０５間に印加する交流電圧の周波数ｆを下げた場合でも、電力密度Ｗ／Ｓの低下を軽減できるので、発生させるオゾン濃度の低下を軽減しつつ、オゾン発生装置のサイズの大型化を抑制できる。 From the above, when a dielectric having a relative permittivity εr of 4.6 or less is used as the polymer layer 104b and the upper limit of the power density W / S specification of the dielectric electrode 104 is 2,700 W / m 2 , the dielectric electrode The thickness of the polymer layer 104b of 104 is preferably 0.05 mm or more and 0.5 mm or less. As a result, even when the frequency f of the AC voltage applied between the dielectric electrode 104 and the metal electrode 105 is lowered, the decrease in the power density W / S can be reduced, so that the decrease in the generated ozone concentration can be reduced and the ozone can be reduced. It is possible to suppress an increase in the size of the generator.

このように、第１の実施形態にかかるオゾン発生装置１によれば、誘電体電極１０４に印加する交流電圧の周波数ｆを下げても、誘電体電極１０４の電力密度Ｗ／Ｓの低下を抑制できる。その結果、誘電体電極１０４に印加する交流電圧の周波数ｆを下げた場合でも、発生させるオゾン濃度の低下を軽減しつつ、オゾン発生装置のサイズの大型化を抑制できる。 As described above, according to the ozone generator 1 according to the first embodiment, even if the frequency f of the AC voltage applied to the dielectric electrode 104 is lowered, the decrease in the power density W / S of the dielectric electrode 104 is suppressed. it can. As a result, even when the frequency f of the AC voltage applied to the dielectric electrode 104 is lowered, it is possible to suppress an increase in the size of the ozone generator while reducing the decrease in the generated ozone concentration.

（第２の実施形態）
本実施形態は、誘電体電極を平板にした例である。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。 (Second embodiment)
This embodiment is an example in which the dielectric electrode is made into a flat plate. In the following description, description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.

図１０は、第２の実施形態にかかるオゾン発生装置が有する誘電体電極の構成の一例を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of the dielectric electrode included in the ozone generator according to the second embodiment.

本実施形態において、誘電体電極１０００は、図１０に示すように、金属の導電性電極１０００ａと、ポリマー層１０００ｂと、ガラスコーティング層１０００ｃと、を有する。 In this embodiment, the dielectric electrode 1000 has a metal conductive electrode 1000a, a polymer layer 1000b, and a glass coating layer 1000c, as shown in FIG.

本実施形態では、金属の導電性電極１０００ａは、図１０に示すように、ステンレスの板状の電極（所謂、ステンレス板）であり、その厚さが約１．０ｍｍの電極である。 In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the metal conductive electrode 1000a is a stainless steel plate-shaped electrode (so-called stainless steel plate), and the thickness thereof is about 1.0 mm.

本実施形態では、ポリマー層１０００ｂは、図１０に示すように、導電性電極１０００ａ上に積層され、その厚さが約０．５ｍｍの誘電体層の一例である。本実施形態では、ポリマー層１０４ｂの厚さは、０．５ｍｍとしているが、０．２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下であれば、これに限定するものではない。また、ポリマー層１０００ｂは、比誘電率εｒが４．６以下のポリマーにより形成される。 In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the polymer layer 1000b is an example of a dielectric layer laminated on the conductive electrode 1000a and having a thickness of about 0.5 mm. In the present embodiment, the thickness of the polymer layer 104b is 0.5 mm, but the thickness is not limited to 0.2 mm or more and 1.0 mm or less. Further, the polymer layer 1000b is formed of a polymer having a relative permittivity εr of 4.6 or less.

本実施形態では、ガラスコーティング層１０００ｃは、図１０に示すように、ポリマー層１０００ｂ上に積層され、その厚さが約０．３μｍの保護層の一例である。本実施形態では、ガラスコーティング層１０００ｃの厚さは、約０．３μｍとしているが、０．２μｍ以上かつ０．８μｍ以下であれば、これに限定するものではない。 In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the glass coating layer 1000c is an example of a protective layer laminated on the polymer layer 1000b and having a thickness of about 0.3 μm. In the present embodiment, the thickness of the glass coating layer 1000c is about 0.3 μm, but the thickness is not limited to this as long as it is 0.2 μm or more and 0.8 μm or less.

図示しないが、誘電体電極１０００が板状の電極である場合、金属電極１０５も板状の電極となる。そして、当該金属電極１０５は、ポリマー層１０４ｂにおいて、導電性電極１０００ａが設けられた側とは反対側（本実施形態では、ガラスコーティング層１０００ｃが設けられた側）に設けられる。 Although not shown, when the dielectric electrode 1000 is a plate-shaped electrode, the metal electrode 105 is also a plate-shaped electrode. The metal electrode 105 is provided on the side of the polymer layer 104b opposite to the side on which the conductive electrode 1000a is provided (in the present embodiment, the side on which the glass coating layer 1000c is provided).

このように、第２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１０００が平板である場合でも、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 As described above, according to the ozone generator according to the second embodiment, even when the dielectric electrode 1000 is a flat plate, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

（第３の実施形態）
本実施形態は、オゾン発生装置が、複数の誘電体電極を有する例である。以下の説明では、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。 (Third Embodiment)
This embodiment is an example in which the ozone generator has a plurality of dielectric electrodes. In the following description, description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.

図１１は、第３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１１に矢印で示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で示されるそれぞれの方向を、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とする。図１１に示すように、オゾン発生装置は、装置本体１２と、高電圧電源１０１と、冷却水供給部１６と、を備えている。 FIG. 11 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the ozone generator according to the third embodiment. The X-axis, Y-axis, and Z-axis directions shown by arrows in FIG. 11 are defined as the X-direction, the Y-direction, and the Z-direction. As shown in FIG. 11, the ozone generator includes an apparatus main body 12, a high-voltage power supply 101, and a cooling water supply unit 16.

装置本体１２は、気密容器２０と、一対の端板２１ａ、２１ｂと、複数の金属電極１０５と、複数の誘電体電極１０４と、ヒューズ１０２と、スペーサ１０６と、を備える。 The apparatus main body 12 includes an airtight container 20, a pair of end plates 21a and 21b, a plurality of metal electrodes 105, a plurality of dielectric electrodes 104, a fuse 102, and a spacer 106.

気密容器２０は、Ｙ方向に沿った中心軸を有する中空の管状に形成されている。気密容器２０は、一対の端板２１ａ、２１ｂ、ヒューズ１０２、複数の金属電極１０５、複数の誘電体電極１０４、およびスペーサ１０６を収容して保持する。気密容器２０の外周部には、ガス入口２７、ガス出口２８、冷却水入口３０、および冷却水出口３２が接続されている。ガス入口２７は、外部から供給される酸素を含む原料ガスを気密容器２０内に導入する。ガス出口２８は、未反応の原料ガスおよびオゾン（Ｏ３）を外部へ排出する。冷却水入口３０は、気密容器２０の下部に設けられている。冷却水入口３０は、外部から供給された冷却水供給部１６を金属電極１０５の外周部へ導入する。冷却水出口３２は、気密容器２０の上部に設けられている。冷却水出口３２は、金属電極１０５の外周部を流れた冷却水を外部へ排出する。 The airtight container 20 is formed in a hollow tubular shape having a central axis along the Y direction. The airtight container 20 houses and holds a pair of end plates 21a and 21b, a fuse 102, a plurality of metal electrodes 105, a plurality of dielectric electrodes 104, and a spacer 106. A gas inlet 27, a gas outlet 28, a cooling water inlet 30, and a cooling water outlet 32 are connected to the outer peripheral portion of the airtight container 20. The gas inlet 27 introduces a raw material gas containing oxygen supplied from the outside into the airtight container 20. The gas outlet 28 discharges unreacted raw material gas and ozone (O 3 ) to the outside. The cooling water inlet 30 is provided at the lower part of the airtight container 20. The cooling water inlet 30 introduces the cooling water supply unit 16 supplied from the outside to the outer peripheral portion of the metal electrode 105. The cooling water outlet 32 is provided in the upper part of the airtight container 20. The cooling water outlet 32 discharges the cooling water that has flowed through the outer peripheral portion of the metal electrode 105 to the outside.

一対の端板２１ａ、２１ｂは、ステンレス等の導電性の材料を含む。端板２１ａ、２１ｂは、円板状に形成されている。端板２１ａ、２１ｂの外周部は気密容器２０に固定されている。端板２１ｂは、端板２１ａと対向して、かつ、端板２１ａとほぼ平行になるように配置されている。端板２１ａ、２１ｂは、気密容器２０を介して、接地電位と接続されている。端板２１ａ、２１ｂには、複数の円形状の穴２６ａ、２６ｂが形成されている。穴２６ａ、２６ｂは、金属電極１０５の端部とほぼ同じ形状である。複数の穴２６ａ、２６ｂは、ほぼ等間隔で配置されている。 The pair of end plates 21a and 21b include a conductive material such as stainless steel. The end plates 21a and 21b are formed in a disk shape. The outer peripheral portions of the end plates 21a and 21b are fixed to the airtight container 20. The end plate 21b is arranged so as to face the end plate 21a and substantially parallel to the end plate 21a. The end plates 21a and 21b are connected to the ground potential via the airtight container 20. A plurality of circular holes 26a and 26b are formed in the end plates 21a and 21b. The holes 26a and 26b have substantially the same shape as the end portion of the metal electrode 105. The plurality of holes 26a and 26b are arranged at substantially equal intervals.

金属電極１０５は、端板２１ａ、２１ｂと同じ材料であって、ステンレス等の導電性の材料を含み、導電性を有する。複数の金属電極１０５は、気密容器２０の内部に設けられている。複数の金属電極１０５は、それぞれの長手方向（即ち、中心軸方向）がＹ方向に沿った平行な状態で、かつ、Ｘ方向およびＺ方向にほぼ均等な間隔で配列されている。金属電極１０５は、気密容器２０の中心軸と平行なＹ方向に沿った中心軸を有する管状に形成されている。金属電極１０５の一端は、一方の端板２１ａの円形状の穴２６ａと連結されている。金属電極１０５の他端は、他方の端板２１ｂの円形状の穴２６ｂと連結されている。金属電極１０５の端部は、例えば、端板２１ａ、２１ｂと溶接によって連結されている。これにより、金属電極１０５の両端部は、塞がれることなく一対の端板２１ａ、２１ｂに保持され、端板２１ａ、２１ｂと電気的に接続される。金属電極１０５は、端板２１ａ、２１ｂを介して、接地電位と接続されている。複数の金属電極１０５のうち、最も外周に設けられた金属電極１０５は、気密容器２０の内周面との間に冷却水の水路４６を形成する。水路４６は、気密容器２０の冷却水入口３０および冷却水出口３２と繋がっている。水路４６は、最も外周に設けられた金属電極１０５以外の中央部の金属電極１０５の外周部にも形成されている。 The metal electrode 105 is made of the same material as the end plates 21a and 21b, includes a conductive material such as stainless steel, and has conductivity. The plurality of metal electrodes 105 are provided inside the airtight container 20. The plurality of metal electrodes 105 are arranged in a state in which their longitudinal directions (that is, the central axis direction) are parallel to the Y direction and at substantially equal intervals in the X and Z directions. The metal electrode 105 is formed in a tubular shape having a central axis along the Y direction parallel to the central axis of the airtight container 20. One end of the metal electrode 105 is connected to a circular hole 26a of one end plate 21a. The other end of the metal electrode 105 is connected to the circular hole 26b of the other end plate 21b. The end portion of the metal electrode 105 is connected to the end plates 21a and 21b by welding, for example. As a result, both ends of the metal electrode 105 are held by the pair of end plates 21a and 21b without being blocked, and are electrically connected to the end plates 21a and 21b. The metal electrode 105 is connected to the ground potential via the end plates 21a and 21b. Of the plurality of metal electrodes 105, the metal electrode 105 provided on the outermost periphery forms a water channel 46 for cooling water between the metal electrode 105 and the inner peripheral surface of the airtight container 20. The water channel 46 is connected to the cooling water inlet 30 and the cooling water outlet 32 of the airtight container 20. The water channel 46 is also formed on the outer peripheral portion of the metal electrode 105 in the central portion other than the metal electrode 105 provided on the outermost circumference.

各誘電体電極１０４は、気密容器２０内であって、いずれかの金属電極１０５の内部に金属電極１０５と同軸になるように配置されている。誘電体電極１０４は、導電性電極１０４ａ、ポリマー層１０４ｂ、ガラスコーティング層１０４ｃ、および高圧給電子１０３を有する。 Each dielectric electrode 104 is arranged in the airtight container 20 so as to be coaxial with the metal electrode 105 inside any of the metal electrodes 105. The dielectric electrode 104 has a conductive electrode 104a, a polymer layer 104b, a glass coating layer 104c, and a high voltage power supply 103.

ポリマー層１０４ｂは、管状に形成されている。ポリマー層１０４ｂの端板２１ａ側の端部は、開口している。ポリマー層１０４ｂの端板２１ｂ側の端部は、閉口している。ポリマー層１０４ｂは、いずれかの金属電極１０５の内部に設けられている。ポリマー層１０４ｂは、金属電極１０５との間に原料ガスが供給される放電ギャップ１０７を空けて配置されている。ポリマー層１０４ｂの中心軸が気密容器２０および金属電極１０５の中心軸とほぼ平行になるように、かつ、ポリマー層１０４ｂの外周面が金属電極１０５の内周面と対向するように設けられている。ポリマー層１０４ｂの開口側の端部は、端板２１ａよりも外側に突出している。 The polymer layer 104b is formed in a tubular shape. The end portion of the polymer layer 104b on the end plate 21a side is open. The end of the polymer layer 104b on the end plate 21b side is closed. The polymer layer 104b is provided inside any of the metal electrodes 105. The polymer layer 104b is arranged with a discharge gap 107 from which the raw material gas is supplied from the metal electrode 105. The central axis of the polymer layer 104b is provided so as to be substantially parallel to the central axis of the airtight container 20 and the metal electrode 105, and the outer peripheral surface of the polymer layer 104b is provided so as to face the inner peripheral surface of the metal electrode 105. .. The opening-side end of the polymer layer 104b projects outward from the end plate 21a.

導電性電極１０４ａは、ステンレス、ニッケル、カーボンあるいはアルミニウム等の導電性の材料を含み、導電性を有する。導電性電極１０４ａは、導電性の材料をスパッタリング、溶射、蒸着、無電解メッキ、電解メッキ、塗料塗布等により誘電体部３４の内面に設けられている。従って、導電性電極１０４ａは、ポリマー層１０４ｂの内面とほぼ同形の管状に形成される。 The conductive electrode 104a contains a conductive material such as stainless steel, nickel, carbon or aluminum, and has conductivity. The conductive electrode 104a is provided on the inner surface of the dielectric portion 34 by sputtering, spraying, vapor deposition, electroless plating, electrolytic plating, coating a paint, or the like on a conductive material. Therefore, the conductive electrode 104a is formed in a tubular shape having substantially the same shape as the inner surface of the polymer layer 104b.

高圧給電子１０３は、ステンレス等の導電性の材料を含み、導電性および耐オゾン性を有する。高圧給電子１０３は、ポリマー層１０４ｂの開口部の近傍の内側に設けられている。高圧給電子１０３は、導電性電極１０４ａおよびヒューズ１０２と電気的に接続されている。これにより、高圧給電子１０３は、ヒューズ１０２を介して印加される高電圧電源１０１の交流電圧を導電性電極１０４ａに印加する。 The high-voltage power supply 103 contains a conductive material such as stainless steel, and has conductivity and ozone resistance. The high-voltage power supply 103 is provided inside the vicinity of the opening of the polymer layer 104b. The high voltage power supply 103 is electrically connected to the conductive electrode 104a and the fuse 102. As a result, the high-voltage power supply 103 applies the AC voltage of the high-voltage power supply 101 applied through the fuse 102 to the conductive electrode 104a.

ヒューズ１０２は、中心軸がポリマー層１０４ｂの中心軸とほぼ一致するように配置されている。ヒューズ１０２の一端は、高圧碍子１４ａおよびリード線１４ｂを介して、高電圧電源１０１と電気的に接続されている。ヒューズ１０２の他端は、高圧給電子１０３と電気的に接続されている。ヒューズ１０２は、ポリマー層１０４ｂが絶縁破壊によって破損した場合に、導電性電極１０４ａに対して流れる過電流を遮断し、破損した誘電体電極１０４を他の誘電体電極１０４から切り離すことによって、オゾン発生装置の運転を継続する。 The fuse 102 is arranged so that the central axis substantially coincides with the central axis of the polymer layer 104b. One end of the fuse 102 is electrically connected to the high voltage power supply 101 via a high voltage insulator 14a and a lead wire 14b. The other end of the fuse 102 is electrically connected to the high voltage power supply 103. When the polymer layer 104b is damaged due to dielectric breakdown, the fuse 102 blocks the overcurrent flowing through the conductive electrode 104a and separates the damaged dielectric electrode 104 from the other dielectric electrodes 104 to generate ozone. Continue operation of the device.

スペーサ１０６は、金属電極１０５と誘電体電極１０４との間に配置されている。スペーサ１０６は、金属電極１０５と導電性電極１０４ａとの間の放電ギャップ１０７を所定間隔に維持する。なお、スペーサ１０６は、金属電極１０５と一体化された突起であってもよい。 The spacer 106 is arranged between the metal electrode 105 and the dielectric electrode 104. The spacer 106 maintains a discharge gap 107 between the metal electrode 105 and the conductive electrode 104a at predetermined intervals. The spacer 106 may be a protrusion integrated with the metal electrode 105.

高電圧電源１０１は、リード線１４ｂおよびヒューズ１０２を介して、高圧給電子１０３に接続されている。高電圧電源１０１は、ヒューズ１０２および高圧給電子１０３を介して、高周波かつ高電圧の交流電圧を導電性電極１０４ａに印加する。 The high voltage power supply 101 is connected to the high voltage power supply 103 via the lead wire 14b and the fuse 102. The high-voltage power supply 101 applies a high-frequency and high-voltage AC voltage to the conductive electrode 104a via the fuse 102 and the high-voltage power supply 103.

冷却水供給部１６は、例えば、チラー、ポンプである。冷却水供給部１６は、気密容器２０の冷却水入口３０と接続され、冷却水入口３０から気密容器２０の内部の水路４６へ冷却水を供給する。 The cooling water supply unit 16 is, for example, a chiller or a pump. The cooling water supply unit 16 is connected to the cooling water inlet 30 of the airtight container 20 and supplies cooling water from the cooling water inlet 30 to the water channel 46 inside the airtight container 20.

このように、第３の実施形態によれば、オゾン発生装置が、複数の誘電体電極１０４を有する場合でも、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 As described above, according to the third embodiment, even when the ozone generator has a plurality of dielectric electrodes 104, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

以上説明したとおり、第１から第３の実施形態によれば、誘電体電極１０４に印加する交流電圧の周波数ｆを下げた場合でも、発生させるオゾン濃度の低下を軽減しつつ、オゾン発生装置のサイズの大型化を抑制できる。 As described above, according to the first to third embodiments, even when the frequency f of the AC voltage applied to the dielectric electrode 104 is lowered, the decrease in the ozone concentration generated is reduced while reducing the decrease in the ozone concentration of the ozone generator. It is possible to suppress the increase in size.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

１０１ 高電圧電源
１０２ ヒューズ
１０３ 高圧給電子
１０４，１０００ 誘電体電極
１０４ａ，１０００ａ 導電性電極
１０４ｂ，１０００ｂ ポリマー層
１０４ｃ，１０００ｃ ガラスコーティング層
１０５ 金属電極
１０６ スペーサ
１０７ 放電ギャップ 101 High voltage power supply 102 Fuse 103 High voltage power supply 104, 1000 Dielectric electrode 104a, 1000a Conductive electrode 104b, 1000b Polymer layer 104c, 1000c Glass coating layer 105 Metal electrode 106 Spacer 107 Discharge gap

Claims (4)

金属の導電性電極と、
前記導電性電極上に積層され、厚さが０．２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下であり、かつ、比誘電率が４．６以下のポリマー層と、
を備える誘電体電極。 Metal conductive electrodes and
A polymer layer laminated on the conductive electrode, having a thickness of 0.2 mm or more and 1.0 mm or less, and having a relative permittivity of 4.6 or less.
A dielectric electrode comprising. 前記ポリマー層上に積層されるガラスコーティング層をさらに備える請求項１に記載の誘電体電極。 The dielectric electrode according to claim 1, further comprising a glass coating layer laminated on the polymer layer. 前記ガラスコーティング層は、ＳｉＯ２である請求項２に記載の誘電体電極。 The dielectric electrode according to claim 2 , wherein the glass coating layer is SiO 2. 請求項１から３のいずれか一に記載の誘電体電極と、
前記導電性電極を基準として前記ポリマー層側に、前記誘電体電極との間に放電ギャップを介して設けられる金属電極と、
６００Ｈｚ未満の周波数の電圧を、前記誘電体電極に印加して、前記放電ギャップに流入される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装置と、
を備えるオゾン発生装置。 The dielectric electrode according to any one of claims 1 to 3 and
A metal electrode provided on the polymer layer side with the conductive electrode as a reference with a discharge gap between the conductive electrode and the dielectric electrode.
A power supply device in which a voltage having a frequency of less than 600 Hz is applied to the dielectric electrode to discharge the raw material gas flowing into the discharge gap, and ozone is generated by the discharge.
Ozone generator equipped with.
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