JP3592700B2 - オゾン発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、オゾン発生装置、特に高濃度オゾンを高効率で発生することの可能なオゾン発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４７は例えば「オゾナイザハンドブック」（電気学会オゾナイザ専門委員会編，昭和３５年，コロナ社刊）２４９ 頁に示されたＯｔｔｏ−Ｐｌａｔｅ（オットー・プレート）型と呼ばれる従来のオゾン発生装置と同一のものを示す断面図（同図（１））及び左半分の正面図（同図（２））であり、図において、１は電源、２は接地された金属電極、３は接地電極２に対向して設けられ、電源１に接続され高電圧の印加された高圧電極、４は接地電極２および高圧電極３の表面に置かれた誘電体（ガラス板）、５は放電の発生する放電空間、６は放電空間５を形成するための電気絶縁性（誘電体）スペーサである。７、８はそれぞれガスの供給口及び排出口を示す矢印、９はオゾン化ガスの排出管である。また、図４８は、たとえば、Ｓ．Ｄ．Ｒａｚｕｍｏｖｓｋｉｉ 他著「Ｏｚｏｎｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ（オゾンと有機化合物を用いたその反応）」ＥＬＳＥＶＩＥＲ社刊（１９８４年）に示されるＬｏｗｔｈｅｒ Ｐｌａｔｅ （ローザー・プレート）型と呼ばれるオゾン発生装置を示す断面図（同図（１））及び同図（１）のＡ−Ａ断面図（同図（２））である。図において、図４７と同様の機能を持つ部分には、同一の図番を付けてその説明を省略する。４１は接地電極２、３上にコーティングされたセラミックス層であり、ガラス板４と同様の機能をもつ。
【０００３】
次に動作について説明する。従来のオゾン発生装置は接地電極２、高圧電極３、誘電体板４の中央部にはガス排出用の穴があけられている。上述のオットー・プレート型の文献にはスペーサ６に関する記述はないが、実際には図４７に示すように、誘電体４，４の間隔（空隙長）を保持するため、ガスの流入を邪魔しないような形で放電空間５の周囲に電気絶縁性のスペーサが設置されている。酸素を含む原料ガスはオゾン発生装置の周辺部全周から矢印７の方向に導入され、電源装置１によって高電圧が印加されて放電している放電空間５を通過する際に酸素の一部がオゾンとなり、このオゾンを含むガスがオゾン化ガスとして中央部のガス排出管９を通して矢印８の方向に取り出される。
【０００４】
前記放電空間５では放電による発熱があるため、該放電空間５を通過するガスを有効に冷却しないと放電空間５内のガス温度が上昇し、オゾンの発生量が減少する。そのため、接地電極２および高圧電極３は絶縁オイルなど電気絶縁性の液体で冷却し、ガス温度の上昇を抑えている。
【０００５】
図４８のオゾン発生装置も基本構成は図４７のオゾン発生装置と同様である。ただし、ガスの供給口及び排出口が別途設けられており、図に示す方向にガスが流れる点で図４７のオゾン発生装置と異なる。また、図４８のオゾン発生装置では電気絶縁性（例えばシリコン製）のスペーサ６が図示されており、このスペーサ６が電極２，３間の間隔（空隙長）を保持し、さらにガスが放電空間から漏れださないためのシール材として用いられている。
【０００６】
以下、上記従来のオゾン発生装置の特性を図４９乃至図５２にしたがって説明する。図４９〜図５２の各図中、ＱＮ は原料ガスの流量（ＳＴＰ 換算）、Ｗは放電電力、ＣＯ３は放電部のガス排出口におけるオゾン濃度（ＳＴＰ 換算）、ＴＷ は冷却水の温度、ｄは放電空隙長、Ｓは電極２，３間の放電面積、ηはオゾン収率を表す。Ｗ／ＱＮ はガス１分子あたりに消費される放電電力であり、オゾン発生特性の重要なパラメータになる。Ｗ／Ｓは電極２，３間の放電空間の単位面積あたりの放電電力（電力密度）であり、ガス温度を反映するパラメータである。オゾン収率ηは単位放電電力あたりのオゾン発生量であり、η＝ＣＯ３／（Ｗ／ＱＮ ）となる。オゾン発生装置の性能（コンパクト性、効率）としては、ηおよびＷ／Ｓが大きいほうが望ましく、ＣＯ３も大きいほうがよい。
【０００７】
図４９は電力密度Ｗ／Ｓおよび放電空隙長ｄを一定として冷却水温を変化させた場合の分子あたり消費電力Ｗ／ＱＮ とオゾン濃度ＣＯ３の関係を示したものである。前述のように分子あたり消費電力Ｗ／ＱＮ はオゾン発生に関する基本的パラメータであり、該消費電力Ｗ／ＱＮ の増大にともないオゾン収率ηは低下する。（図中の直線はオゾン収率ηが一定の線を示し、上方にある直線ほどオゾン収率ηが大きい。）また、消費電力Ｗ／ＱＮ が小さいところでは冷却水温度ＴＷ の影響が小さいが、消費電力Ｗ／ＱＮ が大きくなると冷却水温度ＴＷ が低いほどオゾン濃度ＣＯ３（従ってオゾン収率η）が大きくなる。すなわち、高濃度のオゾンを得るためには、冷却水温を低く設定し、ガス温度を低く保つことが重要となる。
【０００８】
図５０は冷却水温度ＴＷ および放電空隙長ｄを一定として、電力密度Ｗ／Ｓを変化させた場合の消費電力Ｗ／ＱＮ とオゾン濃度ＣＯ３の関係を示したものである。電力密度Ｗ／Ｓが大きくなることは上記図４９で冷却水温ＴＷ が高くなるのと同様の効果をもっていることがわかる。電力密度Ｗ／Ｓが大きくなるのも、冷却水温度ＴＷ が高くなるのも、放電空間５のガス温度上昇に対して同様の効果をもつからである。
【０００９】
図５１は冷却水温度ＴＷ および電力密度Ｗ／Ｓを一定として放電空隙長ｄを０．８ｍｍから１．６ｍｍまで変化させた場合の消費電力Ｗ／ＱＮ に対するオゾン濃度ＣＯ３を示したものである。放電空隙長ｄの増加も冷却水温ＴＷ の上昇と良く似た効果をもつ。
【００１０】
ここで、放電空間の平均ガス温度θａｖを式（１）のように定義すると、電極の片側のみ冷却した場合のオゾン発生装置の放電空間の平均ガス温度は式（２）となる。ただし、ｘは空隙方向の距離、ｄは放電空隙長、θ（ｘ）は距離ｘでのガス温度、ｋａはガスの熱伝導率、ＴＷ は冷却水温を表す。また、電極の両側を冷却した場合には式（３）となる。
【００１１】
【数１】
【００１２】
上式（１）〜（３）より、電極の冷却方式によって係数は異なるものの、平均ガス温度θａｖは放電電力密度Ｗ／Ｓおよび空隙長ｄに比例することがわかる。すなわち、同一の大きさの電力を投入しても、空隙長ｄを短く設定すれば、平均ガス温度θａｖを低く抑えることができ、図５１のｄ＝０．８ｍｍの時のように高濃度オゾンが得られる。ところが、空隙長ｄをあまり短く設定すると、複数のオゾン発生ユニットを多段に構成したとき、各オゾン発生ユニットの放電空間の空隙長ｄのばらつきが大きくなる。したがって、各放電空間に流れるガス流量ＱＮ がばらつき、さらに各放電空間に投入される放電電力Ｗもばらつくため、等価的な消費電力Ｗ／ＱＮ が増加し、図４９から図５１に示すようにオゾンの発生効率が低下する。また図５２に示すように、空隙長ｄをあまり小さくするとオゾンの励起効率自体が低下してしまうことが知られている。図５２は、「Ｊ． Ｐｈｙｓ．（物理学会誌）」Ｂ３８（１９８８）の Ｃｚｅｃｈの論稿（同誌６４８頁， Ｆｉｇ．７）から転載した図であり、横軸は空隙長、縦軸はオゾン発生効率である。○，＋によりそれぞれ空気と酸素を原料ガスにしたときの結果を示している。該論文ではオゾン発生に関して最適な空隙長は０．８ｍｍから１．１ｍｍ程度であるとされている（６４５頁，第１行）。特に０．６ｍｍ程度以下の短空隙での励起効率の低下が強調されている。したがって、従来のオゾン発生装置は、空隙長ｄが０．８ｍｍから１．５ｍｍの範囲で使用され、熱的問題は電力密度Ｗ／Ｓの小さい領域で使用することにより回避していた。すなわち、装置を大きく構成し、放電面積を大きく設計することにより、オゾンの発生効率を高くしていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のオゾン発生装置は以上のように構成されているので、放電空間のガス温度を低く保つために、オゾン発生装置を大きく構成し、放電面積Ｓを大きくすることによって、電力密度Ｗ／Ｓを低く抑える必要があるなどの問題点があった。
【００１４】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、オゾンの発生効率が良く、高濃度のオゾンを発生させるオゾン発生装置を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るオゾン発生装置は、対向して配置されその間に高電圧が印加されることにより放電を発生せしめる２個の電極と、該電極間に設置される少なくとも１個の誘電体と、前記電極間に原料ガスとして空気を供給するガス供給機構とを備え、前記放電によりオゾンを発生する少なくとも１個のオゾン発生ユニットを有するオゾン発生装置において、放電空隙長が０．６ｍｍ以下で、放電空間のガス圧力ｐと該放電空間の放電空隙長ｄとの積ｐｄが１２０Ｔｏｒｒ・ｃｍ 以上であるようにせしめたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の一実施の形態を図について説明する。図１はこの発明の実施の形態１を示す断面図であり、図４７に示した従来例と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１において、１１はヒューズ１２を介して電源１に接続された給電板、３１は給電板１１に電気接触された導電層（電極）である。この導電層３１は図４７の従来例の高圧電極３に相当する。４は誘電体であり、アルミナセラミックス板により形成されている。このセラミックス板４と導電層３１の大きさの関係を図２に示す。図２中、３２はガス通路のためにセラミックス板４の中央部に設けられた穴（ガス供給機構）である。この導電層３１はセラミックス板４の片面に厚み４０ミクロンの銀メタライズ層で形成されている。給電板１１と導電層３１の一部でも接触しておれば給電板１１と導電層３１は同電位となる。したがって、たとえ給電板１１とセラミックス板４の間に隙間が生じても、両者が同電位であるため、その隙間には電界がかからず、したがってボイド放電が発生することはない。また、セラミックス板４の外周部もしくは内周部を伝って接地電極２に沿面放電が飛ばないように（図１参照）、セラミックス板４の全面に導電層３１を形成せず、外周部と内周部に導電層３１の形成されていない領域を設けている。沿面放電を防止するための導電層３１と接地電極２との距離は、印加電圧にもよるが、通常十分な２ｍｍ以上に設定してある。
【００１７】
６１は金属製のスペーサであり、接地電極２とセラミックス板４との間に挿入されている。該スペーサ６１を介してセラミックス板４と接地電極２により、放電の発生する放電空間５が形成され、導電層３１及び接地電極２の間に発生する放電により、該放電空間５へのガス供給口（ガス供給機構）７から供給された酸素を含むガスの一部が放電空間５内でオゾン化される。用いるガスは酸素単独でも、窒素と酸素の混合ガスでも空気でもよい。ただし、水分量はなるべく少なく、酸素濃度はなるべく高いほうが効率的である。セラミックス板４、接地電極２はそれぞれ金属スペーサ６１を介して面接触されており、セラミックス板４での発熱は、スペーサ６１を介して、冷却された接地電極２で有効に吸収される。
【００１８】
図１に示す実施の形態１では、２組のオゾン発生ユニットが対向して設けられており、該２組のオゾン発生ユニットの間に、オゾン耐性のあるエチレンプロピレンゴム（以下「ＥＰゴム」と略記する）で構成されたストレス緩衝板（弾性体）１００を挿入して、上部の接地電極２を矢印Ａの方向から図示しない加圧機構により押圧することにより装置を組み立てている。すなわち、接地電極２とセラミックス板４との間にスペーサ６１を介在させるとともに、セラミックス板４の背後から弾性体であるストレス緩衝板１００の抗力で押圧することにより、放電空間５の空隙長を一定に保っている。すなわち、機械的や熱的ストレスによりセラミックス板４等に生じる力をストレス緩衝板１００により吸収している。従って、主にセラミックス板４の歪みにより空隙長の精度が悪化したり、セラミックス板４が破壊されたりすることがこのストレス緩衝板１００により防止される。
【００１９】
図４８に示した従来例のように、電極２，３あるいはセラミックス層（誘電体）４１により構成される空隙間で、放電しない外周部にシリコン製のスペーサ６を挿入する方法では、電極２，３の熱歪みにより空隙長が変化してしまう。この問題を回避するために、本実施の形態においては、図３に示すストレス緩衝板１００を用いた。図３において、１００はＥＰゴムよりなるストレス緩衝板、１０１はガス通路のための開口部（ガス供給機構）、１０２はオゾンによりＥＰゴムが腐食されることを防ぐために、ＥＰゴムの表面にフッ素樹脂コートした部分を示す。このストレス緩衝板１００は放電空間５とほぼ同程度の大きさを持ち、図１に示すように導電層３１の背面に設置することにより、放電空間５の外側から全面にわたって均質に配置することができ、前述したスペーサ６１の空隙長を保持する作用を助けて放電空間５の空隙長を高精度に保つことができる。すなわち、例えば熱膨張によりセラミックス板４の厚みが変化し、この変化を緩衝すべくストレス緩衝板１００の厚みが変化しても、本実施の形態の構成では空隙長が変化することがない。
【００２０】
従って、数百ミクロン程度の超短空隙が要求される場合には、本実施の形態の構成は特に有効である。また、図１に示すように同電位の高圧導電層３１の間に挟持され該導電層３１に取り囲まれているため、ストレス緩衝板１００に電界がかかることはなく、沿面放電の恐れもない。なお、沿面放電によるストレス緩衝板１００の劣化を防ぐためにも、図１に示すように、該ストレス緩衝板１００の面積は、セラミックス板４の表面に施された導電層３１の面積等しいかそれよりも小さくし、ストレス緩衝板１００が同電位の導電体３１に取り囲まれているほうが望ましい。なお、ストレス緩衝板１００は全体的にフッ素樹脂で構成してもよい。
【００２１】
次に動作について説明する。ガスは図１において接地電極２の周囲部から矢印７の方向に吸い込まれ、放電空間５を通過後、矢印８１の方向に流れ、ガス排出管（ガス供給機構）９を通って矢印８の方向に排出される。動作ガス圧力は２気圧（ａｔｍ）である。動作ガス圧力を０．５ａｔｍから３ａｔｍまで変化したときの、空隙長ｄとオゾン発生効率ηの関係を実験した結果を図４に示す。この結果は原料ガスとして酸素を用いたときの結果である。ガス圧力を増加していくと、最適な空隙長ｄが変化していくことがわかる。すなわち、ガス圧力の増加に伴い、短い空隙での励起効率が上昇し、長い空隙での励起効率が減少している。この現象は、次の理由によることが本発明者の実験で明らかになり、以下の如く説明できる。
【００２２】
（１）接地電極２、導電層３１の近傍には大量の正イオンよりなるシース領域が存在する。イオンは電子に比べオゾンを発生する能力が圧倒的に小さいため、空隙長ｄが短くなるとイオンシースの影響が大きくなりオゾン発生効率ηは減少する。ガス圧力を増加させると正イオンによるシース部の長さが減少するため、短空隙中での励起効率が改善される。通常１気圧でのシース長は０．００３ｍｍ程度であり、空隙長ｄに対するシース長の比が５０％程度になると励起効率は急激に減少する。したがって短空隙中では圧力の増加に伴いオゾン発生効率ηは急激に増加する。
（２）放電の安定性を示すパラメータの１つに空隙長ｄとガス圧力ｐの積（ｐｄ値）が知られているが、無声放電式オゾナイザの場合、ｐｄ値が０．３ａｔｍ・ｃｍを超えると、空間的にピンチした放電形態に変化することが明らかになった。放電がピンチすると、空間のガス温度が局所的に上昇し、オゾンの熱分解過程が促進され、オゾン発生効率ηが低下する。長空隙領域で、ガス圧力の増加と共にオゾン発生効率が低下しているのはこのためである。
【００２３】
ところで、従来図５２に示したデータ以外には、０．５ｍｍ以下の短空隙中でのオゾン発生特性は、ほとんど報告されていない。これは、図４８に示す従来のオゾン発生装置では、高圧力で運転するとオゾンが漏れだすため実験ができなかったこと、空隙精度の良い実験機が製作できないため、超短空隙のオゾン発生装置は実用性がないと判断されたことなどによると思われる。いずれにせよ、図５２は１気圧での結果であるために、短空隙長での励起効率が低かったものと思われる。すなわち、本発明者によるオゾン発生装置は、上述の構成をとることにより精度良く０．６ｍｍ以下の空隙が構成できたこと、及び１．５気圧程度以上の高圧ガスを使用したことにより、高効率、コンパクトなオゾン発生装置を実現できたものである。
【００２４】
これまでの説明は、投入電力が小さく、オゾン濃度が低い場合の結果についてのものである。オゾン濃度が低い場合には、図４に示すように、各放電空隙長において最適な圧力を用いれば、オゾン発生効率に大きな差が見られず、装置のコンパクト化の観点からは、放電空隙長が短いほうが有利であることが分かる。さらに電力を投入し、オゾン濃度を高めていった場合のオゾン発生特性の変化を図５に示す。図５の横軸はガス１分子あたりに投入されるエネルギーＷ／ＱＮ 、縦軸はオゾン濃度Ｃを表す。ここでは、放電空隙長の差に起因するガス温度上昇の影響を除くため、放電空間のガス温度が３００゜Ｋになる条件での結果を示している。即ち、放電面積が放電空隙長に比例する電極を用いて、放電によるガス温度上昇が放電空隙長により変化しないようにした。
【００２５】
前述したように、オゾン濃度の低い領域ではオゾン発生効率は実験条件にあまり依存しない。ところが、図５に示すように、オゾン濃度が高くなるに従い、各特性に差が見られる。実験データの検討の結果、これらの各特性の変化はガス圧力ｐと放電空隙長ｄとの積ｐｄに依存していることが判明した。図６は電子衝突によるオゾン生成（酸素解離）速度ｋＯ２ とオゾン解離反応速度ｋＯ３ との比ｋと積ｐｄとの関係をまとめたものである。同図より、積ｐｄが大きくなるほど比ｋが大きくなることが分かる。比ｋが大きくなるということは電子によるオゾン解離反応が大きくなることを意味し、高オゾン濃度領域でオゾン生成効率が低下することを意味する。オゾン濃度が低い場合には、オゾン発生効率は、オゾン生成速度ｋＯ２ にのみ依存し、比ｋには依存しない。図６より、高濃度オゾンを発生するためには、比ｋを小さく抑える必要がある。このためには、同図より、積ｐｄを３０Ｔｏｒｒ・ｃｍ以下に設定すればよい。ただし、オゾンは酸素原子と酸素分子と第３体との３体衝突により生成されるため、ガス圧力ｐがあまり低いとオゾン発生効率は低下してしまう。即ち、ガス圧力ｐを１気圧（７６０Ｔｏｒｒ）程度以上に高くしておく必要がある。この条件を考慮すると放電空隙長ｄは０．４ｍｍ以下にする必要があると結論できる。
【００２６】
図６の結果は以下のようにしても説明できる。即ち、図７は電子エネルギー分布を換算電界Ｅ／Ｎ（ただしＮはガス分子の粒子数）の関数としてまとめたものであり、図における換算電界１００Ｔｄ（Ｔｄ＝１０−１７ Ｖｃｍ２ ）、２００Ｔｄ、３００Ｔｄはそれぞれｐｄ＝７６Ｔｏｒｒ・ｃｍ、２５．８Ｔｏｒｒ・ｃｍ、１３Ｔｏｒｒ・ｃｍに相当することが本発明の発明者の実験から判明している。図７において、酸素の解離エネルギーは６−８ｅＶであり、オゾンの解離エネルギーは２ｅＶ及び４ｅＶ付近である。また、同図において、８ｅＶ付近の電子の存在確率は、あまり換算電界Ｅ／Ｎ（もしくは積ｐｄ）に依存しない。従って、低オゾン濃度領域におけるオゾン発生効率は、換算電界Ｅ／Ｎ（もしくは積ｐｄ）に依存しない。一方、２−４ｅＶ付近の電子エネルギーの存在確率は、換算電界Ｅ／Ｎが高いほど（即ち積ｐｄが低いほど）小さい。このことは、換算電界Ｅ／Ｎが高いほど電子によるオゾンの解離反応が小さく、高濃度域でのオゾン発生効率が高くなることを予想させる。このことにより、図６の実験結果、即ち積ｐｄが小さいほど高濃度オゾンが得られることを定性的に説明できる。なお、オゾン濃度が増加した場合、電子エネルギー分布自身も変化するため、オゾンの電子衝突断面積が得られないと定量的な評価は困難である。
【００２７】
ここで、原料ガスの酸素濃度が低い場合には、上記電子エネルギー分布に与える換算電界の影響は小さくなるため、上記の最適値は、原料ガスとして酸素濃度が高いガスを用いたときに特に有効である。
【００２８】
なお、原料ガスに窒素が含まれる場合、これまでの特性と全く異なったオゾン発生特性が得られることが判明した。酸素と窒素の分率比が１対４である空気を原料ガスに用いて、放電空隙長ｄ、ガス圧力ｐを変化させてオゾン発生特性を調べたものが図８である。高消費電力Ｗ／ＱＮ 領域では、消費電力Ｗ／ＱＮ の増加に対してオゾン濃度は減少することが確認されているが、ここではその領域については示していない。同図より、放電空隙長ｄが大きいほど、あるいはガス圧力ｐが高いほど高濃度オゾンが得られることが分かる。
【００２９】
図８の結果を放電空隙長ｄとガス圧力ｐとの積ｐｄでまとめた結果を図９に示す。同図より、積ｐｄを大きくしたほうが、高濃度オゾンが得られることが分かる。所定の高濃度オゾンを得るためには、積ｐｄを１２０Ｔｏｒｒ・ｃｍ以上にする必要がある。この結果は、酸素を原料ガスとして用いて行った実験結果（図５）と全く逆の傾向である。
【００３０】
また、窒素分率が酸素分率とほぼ等しい場合にも図９と同様な特性が得られることが判明した。さらに、これ以上に窒素分率を高めていった場合、即ち窒素濃度の高い原料ガスを用いた場合には、放電により生成される窒素酸化物（ＮＯｘ）がオゾンを破壊し、高濃度オゾンが得られないという現象が生じる。また、電子エネルギーが高いほど、即ち積ｐｄが小さいほど、窒素酸化物（ＮＯｘ）はできやすいため、積ｐｄの小さい領域では、高濃度オゾンが得られない。この物理モデルは放電空隙長ｄが０．８ｍｍ以上の領域では公知の事実であるが、０．６ｍｍ以下の放電空隙長でも同様な現象の発生することが上記実験により初めて確認できた。
【００３１】
次に、図１及び図１０を参照して接地電極２、金属スペーサ６１の部分を詳しく説明する。図示していないが接地電極２は水冷されている。この実施の形態の構成では、冷却する部分はすべて接地電位であるため、通常の水を使用することができ、絶縁油や純水を用いる必要はない。もちろん、接地電極に冷却用のフィンを取付け空冷しても、ヒートパイプ冷却でも、チラー水で直冷しても同じ効果が得られる。また、接地電極２の放電部に対応する面に誘電体層をコーティングするか、あるいは接地電極２上に誘電体板を設置しておくと安定な放電が得やすい。接地電極２の上に図に示すような放射状の金属スペーサ６１が設置され、このスペーサ６１の上にセラミックス板４が置かれ、放電空間５を形成する。したがって、接地電極２上でスペーサ６１の存在しない部分が放電空間５となり、スペーサ６１が存在する空間は非放電部となる。この構成では、放電部とガス通路は完全に一致し、ガス通路を別途設ける必要がない。また、スペーサ６１に用いる材料の厚みで任意の空隙長ｄが実現できる。さらに、放電電極面積にしめるスペーサ（非放電部）６１の割合が大きく、放電領域全域にスペーサ６１が存在するため、空隙精度を空間全域に均一に構成することができ、このスペーサ６１を介してセラミックス板４を間接的に冷却できる効果もあわせ持つことが判明した。
【００３２】
また、非放電部の面積を増加して行くと、ガスの冷却効果が増加していく。ただし、あまり非放電部の面積を増加すると、有効放電部面積が減少し、オゾン発生特性が劣化する。放電部の面積Ｓｄ と非放電部の面積Ｓｎ の比Ｒｓ ＝Ｓｎ ／Ｓｄ を変化してオゾン発生特性を調べたものが図１１である。Ｒｓ ＝０の付近ではＲｓ の増加に伴いオゾン発生効率が急激に増加している。さらにＲｓ を増加するとオゾン発生効率は最大値を迎え、やがて低下してゆく。従来のスペーサを使用しない場合に比較して１０％以上オゾンの発生効率が高くなる領域は、スペーサの材料、電力密度、オゾン濃度等、他の条件によって変化するが、およそ５％≦Ｒｓ ≦１００％の範囲となる。図１１は、ギャップ長０．８ｍｍにおける結果であるが、スペーサによる除熱効果は放電ギャップ長に大きく依存する。ギャップ長を変えて、比Ｒｓ とオゾン発生効率の相対比を示した結果が図１２である。図１２から明らかなように、ギャップ長が大きくなると，スペーサを介して除熱される効果が高くなるため非放電部の割合を大きくした方が除熱効果が高い。逆にギャップ長が小さい場合には、ガス中を効率的に熱が伝わるため、スペーサによる除熱効果は低くなる。従って、非放電部の割合を小さく設定したほうが除熱効率が高い。ギャツプ長が０．１ｍｍから１．２ｍｍの範囲で、スペーサのない場合と比較してオゾン発生特性が多少とも改善される領域は、図１２に示すように、０．５％≦Ｒｓ ≦１２０％であった。もちろん金属スペーサにアルミ、銅などの熱伝導率の高い材料を用いれば冷却効果は上がり、最大オゾン発生量も増加する。また、腐食の問題を重視する場合には、上記熱伝導率の高い材料にオゾン耐性の材料をメッキ、もしくはコーティングするか、ステンレスを用いることが有効である。
【００３３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、電極を接地して接地電極２とし、導電層３１に電源１から高電圧を印加して、接地電極２及び導電層３１間に高電圧電界を生じさせていたが、図１３に示すように、接地電極２に電源１から高電圧を印加し、導電層３１をヒューズ１２を介して接地して接地電極として、両電極間に高電圧電界を生じさせるようにしてもよい。
【００３４】
実施の形態３．
また、図１４に示すように、中点接地電源１’を用いて、電極２及び導電層３１に該中点接地電源１’から逆層の高電圧を印加して両電極間に高電圧電界を生じさせるようにしてもよい。このようにすることにより、実施の形態１，２のように一方の電極を接地した場合に比して両電極の接地電位との電位差を半分にすることができる。すなわち、図１５（１），（２）に示すように、一方の電極を接地した場合の高電圧側の電極電位のピーク値をｖとすると、中点接地電源１’を用いた場合の両電極の電位のピーク値はｖ／２となる。このことにより、電極とオゾン発生装置のアースとの絶縁距離を半分にすることができ、形状のコンパクトなオゾン発生装置を得ることができる。
【００３５】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、板状のスペーサ６１を放電空間５に挿入する場合について述べたが、図１６に示すように、糸状のスペーサ６２を用いても同様の効果を奏する。この場合、糸状材料の直径が放電空隙長に相当するので、スペーサが安価に構成でき、空隙長ｄも任意の長さに設定することができる。
【００３６】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では放射状ガス通路を形状するスペーサ６１，６２について説明したが、ガス通路、スペーサともに形状は任意であり、図１７に示すように、非放電部を形成するスペーサ６３が放電領域のほぼ全域に飛び石状に分布していてもよく、放電部との面積比率が上記条件を満たしておれば同様の効果を奏する。
【００３７】
実施の形態６．
図１８は実施の形態５の変形であるが、非放電部を形成するスペーサ６４を螺旋状に構成することにより、放電部のガスの流れを均質化することも可能である。
【００３８】
実施の形態７．
なお、これまでは金属製のスペーサについて実施の形態を示してきたが、絶縁性の材料でスペーサを構成すれば非放電部を伝って流れる無効誘導電流を低減することができ、電力投入において力率を高くすることができる。この場合には、誘電率が低く、耐電圧が高く、誘電正接（ｔａｎδ） が小さく、さらに熱伝導率の高い材料が効果的である。それぞれ
比誘電率 ２０以下
耐電圧 ５ｋＶ／ｍｍ以上
ｔａｎδ ０．１％以下
熱伝導率 ０．１Ｗ／（ｃｍ・ｄｅｇ）
が概略の目安となる。ただし、耐電圧、誘電正接以外は必ずしも上記条件を満たす必要はない。代表的な材料としてはアルミナセラミックス、ベリリア、ガラス、ダイヤモンドなどがある。
【００３９】
実施の形態８．
セラミックス４の表面に放電部に対応する部分だけ導電層３１を設けることは、前記無効誘導電流を防止する上で重要な意味を有する。図１９は図１０に示す放射状の放電空間に対応するセラミックス４の表面を示す。図１０においてスペーサ６１のない部分が放電部になるため、この実施の形態８では図１９に示すように、図１０の放電部に対応した部分に導電層３１が設けられている。図中３２はガス流路のためセラミックス板４の中央部にあけられた穴である。この実施の形態８の場合、放電部にのみ電圧が印加され、非放電部（スペーサのある部分）には給電されないため、非放電部を誘導電流が流れることはない。したがって、効率的に電力を放電部に注入することができる。
【００４０】
実施の形態９．
接地電極２と非放電部材を一体的に形成すると部品点数を減らすことができる。図２０は接地電極２に放電部に相当する溝部を加工することにより、接地電極２と、スペーサの機能を同時に果たしている。図において、２１は削られた溝部（凹部）を表し、２２は母材表面（凸部）である。従って、この接地電極２の上に誘電体電極を乗せると、溝部２１が放電部になり、表面２２が非放電部になる。この溝加工の方法としては、通常の機械加工でも可能であるが、エッチング法も有効な手段である。
【００４１】
実施の形態１０．
また、実施の形態９では、接地電極２に溝を加工する場合について示したが、電極材料と同種材料もしくは異種材料の層を形成し、非放電部に対応する層を形成することも有効な方法である。この場合には図２０において、２１が母材表面で、２２がデポジション部となり、それぞれ、放電部、非放電部に対応する。層の形成方法として、溶射、ＣＶＤ（ケミカルベーパーデポジション）、プラズマＣＶＤなどが有効である。溶射材料としては、アルミニュウムを代表とする金属材料、セラミックス、ガラスを代表とする誘電体材料がある。
【００４２】
実施の形態１１．
誘電体と非放電部材を一体で形成することも有効である。図２１は誘電体板に凸凹をつけ、スペーサの機能を持たせたものである。図において、４はセラミックス板、４２はセラミックス板４の表面、４３は同一材料のセラミックスを溶射した層であり、表面が平板の接地電極２と組み合わせると４２が放電部、４３が非放電部となる。図２１はセラミックス表面に凸部を設けた場合について示したが、実施の形態９、１０と同様に溶射などで凸部を設けても、エッチングなどで凹部を設けてもよい。凸部の材料は、金属材料でも、誘電体材料でもよい。
【００４３】
実施の形態１２．
勿論、図２２に示すように接地電極２とセラミックス板４に凸凹を設けて、両者を嵌合させ、放電空間５を構成すれば、電極の位置精度をあげることができる。図において、２１は接地電極２の切削部、４２はセラミックス板４の表面（誘電体）、４４はエッチング部（凹部）を示す。接地電極２の堀込み部（放電空間５）の長さと、セラミックス板４のエッチング部４４の長さの差が放電空隙長となる。同様に金属電極の凸部と誘電体の凹部で空隙を構成しても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００４４】
実施の形態１３．
さらに、図２３に示すように電極を構成すれば接地電極、誘電体電極、スペーサの機能をすべて一体型で構成することができる。図２３において２は金属製の接地電極で、４１は接地電極２の上にコーティングされた、たとえばセラミックス、ガラス等により構成される誘電体層、４３はエッチング、もしくは機械加工で削られた部分を示す。こうして完成した一体型の電極を図のように重ねてゆけば、削った部分４３で放電空間を、削らない部分で非放電空間を非常にシンプルに構成することができる。もちろん、図２４に示すように、図２３で誘電体をコーティングした反対側の面にも誘電体をコーティングすれば、より安定な放電が得られる。
【００４５】
実施の形態１４．
図１に、ＥＰゴムで構成したストレス緩衝板１００を示したが、ストレス緩衝板１００間もしくはストレス緩衝板１００とセラミックス板４との間をガスが漏れることがある。この問題を回避するには、図２５に示すように、セラミックス板４の間を例えばシリコンゴム製の充填材等、柔軟性のある材料１１０でモールドし、一体型に構成することにより、ガス漏れの問題はなくなる。もちろん、セラミックス板４まで同時にモールドしなくても、ストレス緩衝板１００部と給電板１１をモールドすれば、ストレス緩衝板１００の間からのガス漏れは回避できる。尚、図２５では、給電板１１とセラミックス板４との間に設けられる導電層３１の図示は省略してある。
【００４６】
実施の形態１５．
また、図２６に示すように、ベローズ等のバネ状の金属環（弾性体）１２０を２枚のセラミックス板４の間に挿入し、図示しない導電層３１の表面に設置される給電板１１と金属環１２０の円周部を接合して構成すれば、ガス漏れは完全に回避でき、ストレス緩衝効果も十分に得られる。本実施の形態においては、金属環１２０は、厚さ０．５ｍｍで径の異なる２種類のコバール材で構成され、その上下の円周部が、誘電体板４上に形成された導電層３１に接合されている。
【００４７】
実施の形態１６．
上記実施の形態１５の構造では、誘電体板４間からのガスの漏洩は防止できるが、金属環１２０の両円環部で取り囲まれた内部の空間も完全に密封されてしまい、外気圧の変化に応じて両円環部及び誘電体板４に対してストレスを発生してしまう恐れがある。この問題を回避するためには、金属環１２０の外側の円環部と誘電体層３１との接合を完全に密閉する形では行わず、スポット接合して空気の抜け穴（隙間）を設けておけばよい。外側の円環部をスポット接合するのは、誘電体板４の中心部には活性なオゾンガスが存在するからである。
【００４８】
実施の形態１７．
また、図２７に示すように、金属環１２０の側壁の一部に空気抜きの孔（隙間）１０Ａを設けても良い。この場合も、誘電体板４の中心部には活性なオゾンが存在するため、外側の円環部の一部に空気抜きの孔１０Ａを設けるのが望ましい。
【００４９】
実施の形態１８．
また、図２８に示すように、金属環１２０の側壁の形状を、中央部に折り返し１２０Ａが存在するような形状にすることにより該金属環１２０の弾性定数を最的な値に調整することができる。
【００５０】
実施の形態１９．
更に、図２９に示すように、金属環１２０の側壁の断面形状に複数の折り返し部１２０Ｂ，１２０Ｃを設けることによっても、該金属環１２０の弾性定数を最適な値に調整することができる。
【００５１】
実施の形態２０．
以上の実施の形態ではセラミックス板４を含んだ導電層３１、給電板１１等の電極部の円盤状形状に合わせて、金属環１２０として円環状のものを用いたが、勿論、セラミックス板４、導電層３１、給電板１１等の電極部が３角形、４角形等の多角形形状の板状部材として形成されていれば、金属環１２０も、この電極部の形状に合わせて、中空３角柱、中空４角柱等の中空多角形形状に形成すべきである。
【００５２】
実施の形態２１．
前述した各図においては、図示を省略したが、接地電極２には、図３０に示すように、冷却水を流すための空洞（水路）２３が設けられている。この空洞２３の上面にはオゾン発生装置の放電空間の空隙長を一定にするための上板（電極）２４が設けられている。なお、スペーサ６１，セラミックス板４，導電層３１，給電板１１及びストレス緩衝板１００等の構成部品は図示を省略している。
【００５３】
オゾン発生装置は、通常１．５ａｔｍ以上の高圧ガスを流通させて動作するため、上板２４の上下のガス流通路と冷却水流通路との間で圧力差が生じ、上板２４が、図３０に示すように、空洞２３側に撓んでしまう場合がある。このときの撓み量をδとすると、撓み量δ波、水路の半径ａと上板２４の厚みｔにより、次式のように表せる（Ｒａｙｍｏｎｄ Ｊ． Ｒｏａｒｋ及び Ｗ． Ｃ． Ｙｏｕｎｇ著「Ｆｏｒｍｕｌａｓ ｆｏｒ Ｓｔｒｅｓｓａｎｄ Ｓｔｒａｉｎ （圧力と張力の公式）」第５版、１９８６年、マグローヒル（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ） 社刊 Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎｓ ３３９頁参照）。
δ＝Ｋ１ ×ｑａ４ ／Ｄ
Ｄ＝Ｅｔ３ ／｛１２（１−ν２ ）｝
ここで、ｑは上板２４の荷重（ｋｇ／ｃｍ２ ）、Ｅは上板２４のヤング率（ｋｇ／ｃｍ２ ）、νは上板２４のポアソン比、ｂ，ａはそれぞれ上板２４の内周の半径（ｃｍ）及び外周の半形（ｃｍ）である。Ｋ１ はｂ／ａにより決まる定数であり、ｂ／ａ＝０．１のときＫ１ ＝０．００６である。
【００５４】
上式より明らかなように、上板２４の厚みｔを増せば撓み量δを小さくできるが、通常接地電極２はステンレスで製作するため、熱伝導率が低く、厚みｔを厚く設計すると上板２４が高温になってしまうので、厚みｔは厚く設計ことができない。例えば、放電空間の空隙長が０．２ｍｍのとき、接地電極２の厚みｔは４ｍｍ程度以下にする必要がある。このため、接地電極２の上板２４はある程度撓むことを考慮して設計せざるを得ない。上板２４が撓んだときには、放電空隙長が変化し、オゾン発生効率η等のオゾン発生特性が劣化する恐れがある（図４，図１２参照）。
【００５５】
本実施の形態は、上述の点を考慮し、接地電極２の上板２４が撓んだ場合にも、放電空間の空隙長が変化しないようにしたものである。即ち、上板２４に対向して設けられているセラミックス板４（図１参照）を上板２４の撓みに対応して撓ませることにより、該上板２４の撓みを相殺するものである。具体的には、例えば図２６乃至図２９に示した実施の形態１５乃至１９のように、セラミックス板４の背面に金属環１２０等の反発力を有する付勢部材を設け、セラミックス板４に荷重を印加するようにする。セラミックス板４に印加するこの荷重をｑｄ 、接地電極２の上板２４のヤング率をＥｅ 、上板２４の厚みをｔｅ 、セラミックス板４のヤング率をＥｄ 、セラミックス板４の厚みをｔｄ 、上板２４に掛かる高圧ガスと冷却水との圧力差をｑｅ とすると、荷重ｑｄ は圧力差ｑｅ に対して次の式を満足すればよい。
ｑｄ ≒ｑｅ ×（Ｅｄ ／Ｅｅ ）×（ｔｄ ／ｔｅ ）３
【００５６】
荷重ｑｄ が上式を満足する値よりも極端に大きな値となるとセラミックス板４は破損され、また極端に小さな値となると放電空間の空隙長が一定の値に維持できなくなる。通常の構成では荷重ｑｄ は、０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ２ 程度の値であればよい。荷重の掛け方は、バネ定数ｋ（ｋｇｆ／ｍｍ）のｎ個の付勢部材をｌｍｍ圧縮させ、ｑｄ ×Ｓ＝ｎｋｌとなるように設計すればよい。ここで、Ｓは上板２４の面積である。
【００５７】
実施の形態２２．
また、図３１に示すように、２枚のステンレス板（金属板）２５，２５の間に、例えば銅等の熱伝導率の良い金属で形成された径の異なる円環部材（金属）２６，２６を２個挟み込んで接地電極２を構成すれば、熱伝導率の良い円環部材２６を介して効率的にステンレス板２５を冷却することができるため、空洞２３の外周の半径ａを小さく、内周の半径ｂを大きく、即ち空洞２３の容積を小さく設計できる。これにより、ステンレス板２５の板厚を小さくしても接地電極２の機械的強度を大きく保つことができる。この様に構成する場合には、ステンレス板２５と円環部材２６との接合はロー付けにより行い、ステンレス板２５と円環部材２６との接触面にロー材を流し込むようにして接合を行うと、除熱効率を高くすることができる。
【００５８】
実施の形態２３．
以上に記載した実施の形態では、２個の放電空間からなる１組のオゾン発生ユニットに１個のストレス緩衝板１００を挿入する場合について説明したが単一の放電空間から構成される低容量のオゾン発生装置にストレス緩衝板１００を用いても同様の効果がある。すなわち、例えば図１の下半分のみの構成の１個のオゾン発生ユニットから成るオゾン発生装置に１枚のストレス緩衝板１００を用いることにより、該オゾン発生装置の放電空間の空隙長の保守、誘電体の破損の防止等の前述した効果が得られる。さらに、１組のオゾン発生ユニットに１組のストレス緩衝板がある必要はなく、図３２に示すように、複数組のオゾン発生ユニット１０に１枚のストレス緩衝板１００を設けるだけでも効果があり、このようにすれば、部品点数の削減、ストレス緩衝板１００からのガス漏れの回避等の効果が得られる。
【００５９】
実施の形態２４．
図１に示した実施の形態１においては、酸素を含むガスは放電空間５の外周部から吸い込まれ、非放電部と放電部とで構成されたガス流路を伝って中央部の排出口からオゾン化ガスとなって排出される。このようなガスの流れを採用することには、以下のような大きな利点がある。
すなわち、
（１）オゾンを含む活性化の強いガスは放電空間５の外周部には全く漏れないため、放電空間５の外で使用する材料はオゾン耐性を必要とせず、任意の材料が使用できる。
（２）オゾン濃度が高く放電が不安定になる放電部ガス下流域では、ガス流速が速くなり、高オゾン濃度下でも安定な放電が得やすい。
従って、放電が不安定になるような高オゾン濃度下での使用、あるいは安価な材料で装置を構成する必要のある場合はこの方式が有効である。
【００６０】
しかるに、図３３のようにオゾン発生装置の中心部からガスを送り込み、放電空間５の外周部にガスを排出する構成を採用した場合には以下の利点が得られる。
すなわち、
（１）放電空間のガス下流に行くほど、ガス流路の断面積が大きくなる。一般に、ガス下流域では、ガス温度があがって流速が速くなり、流路の圧力損失が急増するが、この構成を採った実施の形態では比較的低圧力損失で流路を構成することができる。
（２）放電空間の水分量が増加するとオゾン発生効率が減少することが知られているが、この構成では電極冷却水が多少もれても放電空間の水分量が増加することがなく、水によるオゾンの発生効率の低下はない。
水漏れの恐れのある場合、ガス流体系の圧力損失を低く抑える必要がある場合には、この方式が有効である。
【００６１】
実施の形態２５．
図３４は図１に示した１組のオゾン発生ユニットを４０組重ねて構成した大容量オゾン発生装置を示す。この構成で一時間に５ｋｇのオゾンを発生することができる。図において２００は圧力容器（容器）、２５０は図１に示したオゾン発生ユニットを横方向に積層したオゾン発生ユニット群、２１０は冷却水供給口ポート、２１１は冷却水排出口ポート、２２０は高電圧の供給ポート、２３０は接地ポートである。２４０は支持柱を示し、２箇の支持柱２４０によってオゾン発生ユニット群２５０はそれぞれ位置決めされている。圧力容器２００の外部から導入された酸素を含むガス（図示せず）は、オゾン発生ユニット群２５０の周辺から吸い込まれ、排気口から矢印８の方向にオゾン化ガスとなって排出される。オゾン発生装置に２本の支持柱２４０を配設し、オゾン発生ユニット群２５０を横方向に積層したことにより、オゾン発生ユニット群の設置の位置決めが容易になり、メンテナンスも短時間で行える。
【００６２】
実施の形態２６．
図３５は、大容量オゾン発生装置の他の実施の形態を示す図であり、図３５（２）はその一部切り欠き側面図、図３５（１）はその左方向から見た透視図、図３５（３）はその右正面図である。
【００６３】
本実施の形態は、図１に示したオゾン発生ユニットを１２組積層したオゾン発生ユニット群２５０を、前述のストレス緩衝板１００を介して、電極ユニット押さえバネ（弾性体）３２０で圧着固定したものである。押さえバネ３２０は、上記実施の形態２１で示した式を満足する荷重ｇをオゾン発生ユニット群２５０に印加するように設定されており、バネ定数が５ｋｇ／ｍｍで３ｍｍ圧縮され、オゾン発生ユニット群２５０に１５ｋｇ ｗの圧力を印加する。４２０は、各オゾン発生ユニットのセラミックス板４の位置精度を保つための位置決め板（位置決め手段）であり、各オゾン発生ユニットの接地電極２に取り付けられている。
【００６４】
オゾン発生ユニット群２５０は、圧力容器２００中に載置され、高電圧供給ポート２２０を介して、各オゾン発生ユニットに対して高電圧が印加される。また、オゾンを発生する原料ガスは、ガス供給口７１から圧力容器２００中に導入され、各オゾン発生ユニットの外周部から放電空間中に吸入され、該原料ガスの一部が該放電空間でオゾン化され、ガス排出口７２から排出される。
【００６５】
オゾン発生器の各発生ユニットは定期的に点検する必要があるので、圧力容器２００にはガイドローラ（摺動手段）３１０が取り付けられており、圧力容器２００が全体としてレール３１１上に載置され、図３５（２）の左方向に移動できるようになっている。点検時には、圧力容器２００を左方向に移動させ、オゾン発生ユニット群２５０を露出させて点検する。このとき、オゾン発生ユニットの電極を交換するときには、押さえバネ３２０を弛めて接地電極２間に挿入されている、導電層３１の形成されたセラミックス板４を引き出して電極の交換を行う。このため、接地電極２には該電極２を摺動させるためのベアリング（移動手段）４１０が取り付けられ、接地電極２はこのベアリング４１０がレール４１１上を回転することによって左右方向に摺動して移動できる。また、接地電極２に接続されている冷却水供給口ポート２１０及び冷却水排出口ポート２１１は、図３５（１），（２）に示すように、水平方向に移動できるようになっている。
【００６６】
実施の形態２７．
次に、図３５の如く積層して用いるのに適した接地電極２の実施の形態について説明する。
図３６は、接地電極２の１実施の形態を示す上半分切り欠き平面図（１）と、側面図（２）であり、側面図（２）の上半分は平面図（１）の中心線Ｉ−Ｉ線に沿った断面図となっている。
接地電極２は、基板２Ａの両面に平板２Ｂ，２Ｃが溶接されて構成されており、平板２Ｂ，２Ｃが放電面を形成する。基板２Ａには打ち抜きプレスにより、冷却水用の流路５１２が形成されている。図において、符号４１２は接地電極２を摺動させるためのベアリング４１０を取り付けるための切り込み部を表し、この切り込み部４１２により接地電極２の位置決めが行われる。符号４１３は接地電極２を積層するための取り付け穴を表し、該取り付け穴４１３中に支持柱を嵌挿することにより接地電極２を積層する。符号５１０は冷却水の供給口を表し、符号５２０は冷却水の排出口を表す。冷却水は、供給口５１０から接地電極２中に導入され、流路５１２中を流れて、排出口５２０から排出される。供給口５１０の穴径は、他の流路５１２の断面積より十分に小さく構成されており、冷却水の圧力損失が大きくなる。この様に構成することにより、複数個の接地電極２に均等に冷却水を流通させることができる。もし、この圧力損失の大きな部分が設けられていないと、図３５に示す冷却水供給口ポート２１０に近い接地電極２には大量の冷却水が流れ、冷却水供給口ポート２１０から遠い接地電極２には冷却水があまり流れないという不都合が生じる。
【００６７】
冷却水の流路５１２は、接地電極２の全面を均等に冷却できるように、曲がりくねった細長い溝状に構成されており、該溝状の流路５１２の断面積は、各溝部分を流れる冷却水の流速がおよそ１ｍ／ｓ以上となるように、設計されている。更に、流路５１２中に発生する気泡を有効に排出するために、流路５１２の一部に細孔（バイパス）５１３が設けられている。この細孔５１３は、図３６に示すように、流体力学的に気泡の発生しやすい流路５１２の湾曲部に設けられている。
【００６８】
実施の形態２８．
図３７は、接地電極２の他の実施の形態を示す上半分切り欠き平面図（１）と、側面図（２）であり、側面図（２）の上半分は平面図（１）の中心線ＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図となっている。
本実施の形態においては、基板２Ａの流路５１２として用いられる溝は、止まり溝５１２ａとして構成されており、基板２Ａの裏側表面を放電面として利用することができる。これにより、平板２Ｂを１枚基板２Ａに溶接するのみで接地電極２を構成することができ、部品点数の削減、ひいてはコストの低減が可能となる。
【００６９】
実施の形態２９．
上述した各実施の形態において、スペーサ６１〜６４を接地電極２又はセラミックス板４に接着又は溶接して固定すると、接着剤又は溶接部の厚みによりスペーサ６１〜６４の厚みが変化してしまい精度が落ちる恐れがある。そのため、スペーサ６１〜６４の固定方法としては、十分な厚み精度を有するスペーサ６１〜６４を接地電極２とセラミックス板４との間に挟み込んで、締め付ける方法が用いられている。これにより、安価に高精度の空隙長が確保できる。
この方法による場合、図３２に示したように、垂直方向にオゾン発生ユニット１０を積層してオゾン発生装置を構成する場合には、スペーサ６１〜６４を固定するのは容易である。しかるに、図３４及び図３５に示すように、水平方向にオゾン発生ユニットを積層してオゾン発生装置を構成する場合には、スペーサ６１〜６４を仮固定しておかないと、各オゾン発生ユニットを積層するのが困難である。
【００７０】
本実施の形態はこの様な問題を解決するものであり、その構成を図３８に示す。
図３８（１）は、本実施の形態の接地電極２にスペーサ６５を懸下した状態を示す平面図、図３８（２）は図３８（１）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。
図３８に示すように、スペーサ６５の上端部は直角に折り曲げられて爪部（嵌合部）４２２が形成されており、該爪部４２２が、接地電極２の上端部に設けられたスペーサの位置固定用溝（凹部）４２１に嵌合するようになっている。この様に構成することにより、図３４あるいは図３５に示すようにオゾン発生ユニットを水平方向に積層する場合、各オゾン発生ユニットの接地電極２の溝４２１にスペーサ６５の爪部４２０を嵌合させてスペーサ６５を接地電極２に懸下して保持できる。このようにして、各オゾン発生ユニットの接地電極２とセラミックス板４との間にスペーサ６５を保持した状態で、オゾン発生ユニットを全体的に積層方向に締め付けることにより、オゾン発生装置を容易に構成できる。即ち、スペーサ６５は爪部４２０で接地電極２に保持されているので、オゾン発生装置の組立工程で、スペーサ６５の位置がずれたり、スペーサ６５が落下したりすることがない。なお、セラミックス板４が多少湾曲していても、オゾン発生ユニットを全体的に積層方向に圧着する事により、ストレス緩衝板１００によりセラミックス板４が圧迫されセラミックス板４の湾曲は矯正されて、各オゾン発生ユニットの放電空間の空隙長の精度はスペーサ６５の精度と一致する。このため非常に安価に高精度の空隙長を実現することができ、かつオゾン発生装置の組立、またオゾン発生ユニットの交換等の作業を容易に行うことができるようになる。
【００７１】
実施の形態３０．
もちろん図３９に示すように、支持柱２４０でオゾン発生ユニット群２５０の位置決めを行い、該オゾン発生ユニット群２５０を縦方向に積層してもよい。
【００７２】
実施の形態３１．
さらに、図４０に示すように、篭形支持柱２４１に各オゾン発生ユニットの接地電極２、セラミックス板４を順次嵌挿してオゾン発生装置を組み立てるようにすると、オゾン発生ユニットの各構成部品の位置決めをより容易に、かつ安価に行うことができる。
【００７３】
実施の形態３２．
オゾン発生ユニットを横方向、もしくは縦方向に多段に積層した場合、各金属電極を冷却する方法が複雑となる。小容量のオゾン発生装置の場合は、前述したように金属電極にフィンを設けて空冷する方法が有効である。しかし、コンパクトにオゾン発生装置を設計するためには、水などの冷媒で直接冷却する必要がある。この場合、各電極において、水の出入りのための配管を各２本接続する必要がある。多段構成を採用する場合、すべての配管をいちいち給水ポートに接続していては、作業が面倒であり、装置の信頼性にかける。実施の形態３２はこの問題を解決するものであり、図４１にその配管構成を示す。実施の形態３２のオゾン発生装置は、接地電極２、セラミックス板４をストレス緩衝板１００を介して多段に積層し、接地電極２には図に示すように予め電極の外側を半周とりまく金属配管（冷媒流通機構）２１２が溶接されている。もう一方の水用の口には配管用ジョイント（冷媒流通機構）２１３が接続されている。このような状態の接地電極２にセラミックス板４、ストレス緩衝板１００で構成されるオゾン発生ユニットをたとえば５段重ねて構成し、それぞれのジョイント２１３に配管２１２を接続する。こうしてできあがった１モジュールを本体に移し、給水ポート２１０のジョイント２１３に配管（冷媒流通機構）２１４で接続する。このように構成することにより、オゾン発生モジュールはオゾン発生装置本体の外部で組み立てることができ、本体内の作業は給水ポート２１０との接続だけですむ。したがって、作業効率は改善され、本体内での水漏れの危険性は非常に小さくなる。
【００７４】
実施の形態３３．
図４２はこの発明の実施の形態３３を示す断面図である。この実施の形態は１個の放電空間５を有する小容量のオゾン発生装置である。接地電極２には冷却水２１１を循環させるための空洞２３が底部に設けられ、また周辺部の壁面の上面には、ガス密封用のゴム板３３０を介して上板２４が設けられている。このようにして、ガス供給口７１とガス排出口７２を除いて密閉された状態となっている。接地電極２の内側の底面上にはスペーサ６１を介してセラミックス板４が載置され、放電空間５を形成している。
【００７５】
２２０は高電圧を供給する給電端子であり、給電板２２００が先端に接続されている。給電板２２００はストレス緩衝板１００を押圧しており、ストレス緩衝板１００により導電層３１を介してセラミックス板４が押圧されることにより放電空間５の空隙長が適正に保たれる。また、ストレス緩衝板１００の表面は導電性の薄膜１００１により被覆されており、給電板２２００はこの薄膜１００１を介して導電層３１と電気的に接続されている。このように構成することによりストレス緩衝板１００として絶縁性の材料を用いることができ、広い範囲の材料を用いることが可能となる。また、ストレス緩衝板１００の表面は導電性の薄膜１００１により被覆されているため、ストレス緩衝板１００の内部には電界が発生せず、従ってボイド放電が発生して素材が劣化することがない。
【００７６】
オゾンを発生する原料ガスはガス供給口７１から接地電極２と上板２４とにより形成される空間に導入され、導電層３１と接地電極２との間で高電圧電界が印加された放電空間５中でその原料ガスの一部がオゾン化され、オゾンを含むオゾン化ガスとしてガス排出口７２から排出される。
【００７７】
実施の形態３４．
図４３はこの発明の実施の形態３４を示す図であり、図４３（１）はスペーサ６１とストレス緩衝部材（弾性体）１００２との位置関係を示す一部省略正面透視図、図４３（２）は図（１）のＩＶ−ＩＶ線に沿って取った断面図である。
本実施の形態においては、ストレス緩衝部材１００２はバネ状部材であり、複数個のストレス緩衝部材１００２はそれぞれスペーサ６１の上に位置するように設けられている。ストレス緩衝部材１００２としてバネ状部材を用いることによりセラミックス板４へ印加される加重の調整が容易となり、また、ストレス緩衝部材１００２をスペーサ６１の上に配置することによりセラミックス板４の損傷を防止できる。さらに、ストレス緩衝部材１００２は接地電極２が最も撓む位置、即ち空洞２３の中心位置の上方に配置され、セラミックス板４を接地電極２の撓みに合わせて変形させ、放電空間５の空隙長を一定に保つようにしている。
【００７８】
実施の形態３５．
図４４はこの発明の実施の形態３５を示す図であり、図４４（１）はスペーサ６１とストレス緩衝部材１００２との位置関係を示す一部省略正面透視図、図４４（２）は図（１）のＶ−Ｖ線に沿って取った断面図である。
本実施の形態においては、絶縁物で構成された部材２２１０がゴム板３３０と給電板２２００との間に挿入されている。これにより、セラミックス板４に印加される加重が該部材２２００により吸収され、該加重が給電端子２２０にはなんら負荷が掛からず、給電端子２２０がストレス緩衝部材１００２からの反力により破損される恐れがない。
【００７９】
実施の形態３６．
図４５はこの発明の実施の形態３６を示す平面図（同図（１））及び断面図（同図（２））である。図４５（２）に示すように、本実施の形態においては、各オゾン発生ユニットの接地電極２の端部が、各オゾン発生ユニットを積層した場合に、ガスが流動するガス連結孔３５０と放電空間５を除いて密閉される空間を形成する。図において、２２５は電極３に高電圧を給電する高電圧給電継手、２６０は積層された各オゾン発生ユニットを押圧する押圧用冷却水ジョイント、２７０は各オゾン発生ユニットを押圧する押さえ板、２８０はオゾン発生ユニット用ガス継手、２９０はオゾン発生ユニット用冷却継手、３００はオゾン発生ユニット押さえボルト、３１０はオゾン発生ユニット上板、３１１はオゾン発生ユニット底板、３２０はヒューズ止めＯリング、３３０はガス密閉Ｏリング、３４０は放電空間５にガスを供給するガス供給室（密閉空間）、３５０はガス継手２８０を介して各ガス供給室にオゾン発生のためのガスを供給するガス連結孔である。
【００８０】
本実施の形態の接地電極２の片面の周辺部には円周状にＯリング溝が構成されており、各オゾン発生ユニットを積層する際該Ｏリング溝にＯリング３３０を嵌合せしめることによりガス供給室３４０からのガス漏れが防止される。ガスは、図の矢印７から本実施の形態のオゾン発生装置に供給され、ガス継手２８０、ガス連結孔３５０、ガス供給室３４０を介して各オゾン発生ユニットの放電空間５に供給され、該放電空間５における電極２，３間の放電現象により発生したオゾンガスを含んで矢印８からガス供給継ぎ手２８０を介して放出される。
【００８１】
本実施の形態においては、上述の如く、単に各オゾン発生ユニットを積層することにより接地電極２によりガス供給室３４０が形成されるので、積層したオゾン発生ユニットを収納してガス流路を形成するための容器が不要となる。
【００８２】
実施の形態３７．
これまでの実施の形態においては、電極の中央部にガスの排出口（もしくは供給口）を設け、ガスが外周部から中心部、もしくは中央部から外周部に流れるものであったが、図４６に示すように、１つの放電空間のオゾン発生ユニットにガス供給口７１、ガス排出口７２をそれぞれ備え、放電の発生しない非放電部を形成するスペーサ６１を互い違いに交差した２組の櫛歯状に設けることにより、ガス流が放電空間内部を図の左右方向へ交互に通流するように構成できる。図において、２は接地電極、７１，７２はそれぞれガスの供給口、排出口である。６１は非放電部を構成するスペーサであり、供給口７１から導入されたガスは、放電部でオゾンに変換されながら図中矢印８１の方向に流れ、排出口７２から排気される。図４８に示す従来のオゾナイザでは放電空間の空隙長が均一に保てない、放電空間内のガスの流れが規定できず、放電してもガスが流れない部分があったが、本実施の形態のごとくガスを通流することにより上記問題点は解決でき、効率のよいオゾン発生が得られる。勿論、図４６の電極の外周部に従来のように例えばシリコンゴム等からなるシール材を用いて、放電空間からガスが漏れることを防止することもできる。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、対向して配置されその間に高電圧が印加されることにより放電を発生せしめる２個の電極と、該電極間に設置される少なくとも１個の誘電体と、前記電極間に原料ガスとして空気を供給するガス供給機構とを備え、前記放電によりオゾンを発生する少なくとも１個のオゾン発生ユニットを有するオゾン発生装置において、放電空隙長が０．６ｍｍ以下で、放電空間のガス圧力ｐと該放電空間の放電空隙長ｄとの積ｐｄが１２０Ｔｏｒｒ・ｃｍ 以上であるようにせしめたので、窒素を多く含む原料ガスを用いても、窒素酸化物の生成を抑え、高濃度オゾンを高効率で発生させることができ、高効率、高濃度なオゾン発生装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１の誘電体電極を示す平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１のストレス緩衝板を示す平面図である。
【図４】空隙長とオゾン発生効率の関係を示すグラフ図である。
【図５】投入エネルギーとオゾン濃度との関係を示すグラフ図である。
【図６】オゾン生成速度とオゾン解離反応速度との比ｋとガス圧力ｐと放電空隙長ｄとの積ｐｄとの関係を示すグラフ図である。
【図７】電子エネルギー分布を換算電界の関数として示すグラフ図である。
【図８】酸素と窒素の分率比が１対４である空気原料ガスに用いた場合のオゾン発生特性を示すグラフ図である。
【図９】図８の結果を放電空隙長ｄとガス圧力ｐとの積ｐｄでまとめた結果を示すグラフ図である。
【図１０】この発明の実施の形態１の放射状金属スペーサを示す平面図である。
【図１１】非放電部の面積と放電部の面積の比を変化させたときのオゾン発生効率の変化を示したグラフ図である。
【図１２】非放電部の面積と放電部の面積の比を変化させたときのオゾン発生効率の変化を放電空間の空隙長毎に示したグラフ図である。
【図１３】この発明の実施の形態２を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態３を示す断面図である。
【図１５】図９の実施の形態３の電極に印加する電圧の波形を示す波形図である。
【図１６】この発明の実施の形態４の糸状スペーサを示す平面図である。
【図１７】この発明の実施の形態５の飛び石状金属スペーサを示す平面図である。
【図１８】この発明の実施の形態６の渦巻き状金属スペーサを示す平面図である。
【図１９】この発明の実施の形態８の導電層設置位置を示す平面図である。
【図２０】この発明の実施の形態９の削り込み接地電極を示す平面図である。
【図２１】この発明の実施の形態１１のデポ型誘電体電極を示す平面図である。
【図２２】この発明の実施の形態１２の嵌合型電極構造を示す断面図である。
【図２３】この発明の実施の形態１３の一体化した電極構造を示す断面図である。
【図２４】この発明の実施の形態１３の一体化した電極の改良型を示す断面図である。
【図２５】この発明の実施の形態１４のモールド型緩衝板を示す断面図である。
【図２６】この発明の実施の形態１５のストレス緩衝部材を示す断面図である。
【図２７】この発明の実施の形態１７のストレス緩衝部材を示す断面図である。
【図２８】この発明の実施の形態１８のストレス緩衝部材を示す断面図である。
【図２９】この発明の実施の形態１９のストレス緩衝部材を示す断面図である。
【図３０】この発明の実施の形態２１の接地電極を示す断面図である。
【図３１】この発明の実施の形態２２の接地電極を示す断面図である。
【図３２】この発明の実施の形態２３のオゾン発生ユニット群に１個のストレス緩衝板を設置した状態を示す断面図である。
【図３３】この発明の実施の形態２４のガス流逆転状態を示す断面図である。
【図３４】この発明の実施の形態２５の横積層型大容量オゾン発生装置を示す断面図及び正面図である。
【図３５】この発明の実施の形態２６の大容量オゾン発生装置を示す一部切り欠き側面図、左方向からみた透視図及び右正面図である。
【図３６】この発明の実施の形態２７の接地電極の上半分切り欠き平面図及び側面図である。
【図３７】この発明の実施の形態２８の接地電極の上半分切り欠き平面図及び側面図である。
【図３８】この発明の実施の形態２９の接地電極にスペーサを懸下した状態を示す平面図及び側面図である。
【図３９】この発明の実施の形態３０の縦積層型大容量オゾン発生装置を示す正面図及び断面図である。
【図４０】この発明の実施の形態３１の篭形支持柱を示す斜視図である。
【図４１】この発明の実施の形態３２の積層型大容量オゾン発生装置における冷却水配管を示す平面図及び側面図である。
【図４２】この発明の実施の形態３３のオゾン発生装置を示す断面図である。
【図４３】この発明の実施の形態３４のオゾン発生装置を示す一部省略正面透視図及び断面図である。
【図４４】この発明の実施の形態３５のオゾン発生装置を示す一部省略正面透視図及び断面図である。
【図４５】この発明の実施の形態３６を示す平面図及び断面図である。
【図４６】この発明の実施の形態３７のオゾン発生装置を示す横断面図である。
【図４７】従来のオゾン発生装置を示す断面図及び正面図である。
【図４８】従来の他のオゾン発生装置を示す断面図及び正面図である。
【図４９】従来のオゾン発生装置のオゾン発生特性の一例を示すグラフ図である。
【図５０】従来のオゾン発生装置のオゾン発生特性の他の例を示すグラフ図である。
【図５１】従来のオゾン発生装置のオゾン発生特性の他の例を示すグラフ図である。
【図５２】放電空隙長に対するオゾン発生効率の一例を示すグラフ図である。
【符号の説明】
２ 接地電極（金属電極）、３ 高圧電極、４ セラミックス板（誘電体）、５ 放電空間、６，６１ スペーサ、９ ガス排出管（ガス供給機構）、１０ オゾン発生ユニット、１０Ａ 孔（隙間）、２１ 電極切削部（凹部）、２２ 電極母材表面（凸部）、２３ 空洞（水路）、２４ 上板（電極）、２５ ステンレス板（金属板）、２６ 円環部材（金属）、３１ 導電層（電極）、３２ 穴（ガス供給機構）、４４ 誘電体のエッチング部（凹部）、７１ ガス供給口（ガス供給機構）、７２ ガス排出口（ガス供給機構）、１００，１００２ ストレス緩衝板（弾性体）、１０１ 開口部（ガス供給機構）、１２０ 金属環（弾性体）、２００ 圧力容器（容器）、２１２ 金属配管（冷媒流通機構）、２１３ 配管用ジョイント（冷媒流通機構）、２１４ 配管（冷媒流通機構）、２２０ 給電端子、２４０ 支持柱、２４１ 篭形支持柱、３１０ ガイドローラ（摺動手段）、３２０ 押さえバネ（弾性体）、３４０ ガス供給室（密閉空間）、４１０ ベアリング（移動手段）、４２０ 位置決め板（位置決め手段）、４２１ 位置固定用溝（凹部）、４２２ 爪部（嵌合部）、５１０ 冷却水供給口、５１３ 細孔（バイパス）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、オゾン発生装置、特に高濃度オゾンを高効率で発生することの可能なオゾン発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４７は例えば「オゾナイザハンドブック」（電気学会オゾナイザ専門委員会編，昭和３５年，コロナ社刊）２４９ 頁に示されたＯｔｔｏ−Ｐｌａｔｅ（オットー・プレート）型と呼ばれる従来のオゾン発生装置と同一のものを示す断面図（同図（１））及び左半分の正面図（同図（２））であり、図において、１は電源、２は接地された金属電極、３は接地電極２に対向して設けられ、電源１に接続され高電圧の印加された高圧電極、４は接地電極２および高圧電極３の表面に置かれた誘電体（ガラス板）、５は放電の発生する放電空間、６は放電空間５を形成するための電気絶縁性（誘電体）スペーサである。７、８はそれぞれガスの供給口及び排出口を示す矢印、９はオゾン化ガスの排出管である。また、図４８は、たとえば、Ｓ．Ｄ．Ｒａｚｕｍｏｖｓｋｉｉ 他著「Ｏｚｏｎｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ（オゾンと有機化合物を用いたその反応）」ＥＬＳＥＶＩＥＲ社刊（１９８４年）に示されるＬｏｗｔｈｅｒ Ｐｌａｔｅ （ローザー・プレート）型と呼ばれるオゾン発生装置を示す断面図（同図（１））及び同図（１）のＡ−Ａ断面図（同図（２））である。図において、図４７と同様の機能を持つ部分には、同一の図番を付けてその説明を省略する。４１は接地電極２、３上にコーティングされたセラミックス層であり、ガラス板４と同様の機能をもつ。
【０００３】
次に動作について説明する。従来のオゾン発生装置は接地電極２、高圧電極３、誘電体板４の中央部にはガス排出用の穴があけられている。上述のオットー・プレート型の文献にはスペーサ６に関する記述はないが、実際には図４７に示すように、誘電体４，４の間隔（空隙長）を保持するため、ガスの流入を邪魔しないような形で放電空間５の周囲に電気絶縁性のスペーサが設置されている。酸素を含む原料ガスはオゾン発生装置の周辺部全周から矢印７の方向に導入され、電源装置１によって高電圧が印加されて放電している放電空間５を通過する際に酸素の一部がオゾンとなり、このオゾンを含むガスがオゾン化ガスとして中央部のガス排出管９を通して矢印８の方向に取り出される。
【０００４】
前記放電空間５では放電による発熱があるため、該放電空間５を通過するガスを有効に冷却しないと放電空間５内のガス温度が上昇し、オゾンの発生量が減少する。そのため、接地電極２および高圧電極３は絶縁オイルなど電気絶縁性の液体で冷却し、ガス温度の上昇を抑えている。
【０００５】
図４８のオゾン発生装置も基本構成は図４７のオゾン発生装置と同様である。ただし、ガスの供給口及び排出口が別途設けられており、図に示す方向にガスが流れる点で図４７のオゾン発生装置と異なる。また、図４８のオゾン発生装置では電気絶縁性（例えばシリコン製）のスペーサ６が図示されており、このスペーサ６が電極２，３間の間隔（空隙長）を保持し、さらにガスが放電空間から漏れださないためのシール材として用いられている。
【０００６】
以下、上記従来のオゾン発生装置の特性を図４９乃至図５２にしたがって説明する。図４９〜図５２の各図中、ＱＮ は原料ガスの流量（ＳＴＰ 換算）、Ｗは放電電力、ＣＯ３は放電部のガス排出口におけるオゾン濃度（ＳＴＰ 換算）、ＴＷ は冷却水の温度、ｄは放電空隙長、Ｓは電極２，３間の放電面積、ηはオゾン収率を表す。Ｗ／ＱＮ はガス１分子あたりに消費される放電電力であり、オゾン発生特性の重要なパラメータになる。Ｗ／Ｓは電極２，３間の放電空間の単位面積あたりの放電電力（電力密度）であり、ガス温度を反映するパラメータである。オゾン収率ηは単位放電電力あたりのオゾン発生量であり、η＝ＣＯ３／（Ｗ／ＱＮ ）となる。オゾン発生装置の性能（コンパクト性、効率）としては、ηおよびＷ／Ｓが大きいほうが望ましく、ＣＯ３も大きいほうがよい。
【０００７】
図４９は電力密度Ｗ／Ｓおよび放電空隙長ｄを一定として冷却水温を変化させた場合の分子あたり消費電力Ｗ／ＱＮ とオゾン濃度ＣＯ３の関係を示したものである。前述のように分子あたり消費電力Ｗ／ＱＮ はオゾン発生に関する基本的パラメータであり、該消費電力Ｗ／ＱＮ の増大にともないオゾン収率ηは低下する。（図中の直線はオゾン収率ηが一定の線を示し、上方にある直線ほどオゾン収率ηが大きい。）また、消費電力Ｗ／ＱＮ が小さいところでは冷却水温度ＴＷ の影響が小さいが、消費電力Ｗ／ＱＮ が大きくなると冷却水温度ＴＷ が低いほどオゾン濃度ＣＯ３（従ってオゾン収率η）が大きくなる。すなわち、高濃度のオゾンを得るためには、冷却水温を低く設定し、ガス温度を低く保つことが重要となる。
【０００８】
図５０は冷却水温度ＴＷ および放電空隙長ｄを一定として、電力密度Ｗ／Ｓを変化させた場合の消費電力Ｗ／ＱＮ とオゾン濃度ＣＯ３の関係を示したものである。電力密度Ｗ／Ｓが大きくなることは上記図４９で冷却水温ＴＷ が高くなるのと同様の効果をもっていることがわかる。電力密度Ｗ／Ｓが大きくなるのも、冷却水温度ＴＷ が高くなるのも、放電空間５のガス温度上昇に対して同様の効果をもつからである。
【０００９】
図５１は冷却水温度ＴＷ および電力密度Ｗ／Ｓを一定として放電空隙長ｄを０．８ｍｍから１．６ｍｍまで変化させた場合の消費電力Ｗ／ＱＮ に対するオゾン濃度ＣＯ３を示したものである。放電空隙長ｄの増加も冷却水温ＴＷ の上昇と良く似た効果をもつ。
【００１０】
ここで、放電空間の平均ガス温度θａｖを式（１）のように定義すると、電極の片側のみ冷却した場合のオゾン発生装置の放電空間の平均ガス温度は式（２）となる。ただし、ｘは空隙方向の距離、ｄは放電空隙長、θ（ｘ）は距離ｘでのガス温度、ｋａはガスの熱伝導率、ＴＷ は冷却水温を表す。また、電極の両側を冷却した場合には式（３）となる。
【００１１】
【数１】
上式（１）〜（３）より、電極の冷却方式によって係数は異なるものの、平均ガス温度θａｖは放電電力密度Ｗ／Ｓおよび空隙長ｄに比例することがわかる。すなわち、同一の大きさの電力を投入しても、空隙長ｄを短く設定すれば、平均ガス温度θａｖを低く抑えることができ、図５１のｄ＝０．８ｍｍの時のように高濃度オゾンが得られる。ところが、空隙長ｄをあまり短く設定すると、複数のオゾン発生ユニットを多段に構成したとき、各オゾン発生ユニットの放電空間の空隙長ｄのばらつきが大きくなる。したがって、各放電空間に流れるガス流量ＱＮ がばらつき、さらに各放電空間に投入される放電電力Ｗもばらつくため、等価的な消費電力Ｗ／ＱＮ が増加し、図４９から図５１に示すようにオゾンの発生効率が低下する。また図５２に示すように、空隙長ｄをあまり小さくするとオゾンの励起効率自体が低下してしまうことが知られている。図５２は、「Ｊ． Ｐｈｙｓ．（物理学会誌）」Ｂ３８（１９８８）の Ｃｚｅｃｈの論稿（同誌６４８頁， Ｆｉｇ．７）から転載した図であり、横軸は空隙長、縦軸はオゾン発生効率である。○，＋によりそれぞれ空気と酸素を原料ガスにしたときの結果を示している。該論文ではオゾン発生に関して最適な空隙長は０．８ｍｍから１．１ｍｍ程度であるとされている（６４５頁，第１行）。特に０．６ｍｍ程度以下の短空隙での励起効率の低下が強調されている。したがって、従来のオゾン発生装置は、空隙長ｄが０．８ｍｍから１．５ｍｍの範囲で使用され、熱的問題は電力密度Ｗ／Ｓの小さい領域で使用することにより回避していた。すなわち、装置を大きく構成し、放電面積を大きく設計することにより、オゾンの発生効率を高くしていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のオゾン発生装置は以上のように構成されているので、放電空間のガス温度を低く保つために、オゾン発生装置を大きく構成し、放電面積Ｓを大きくすることによって、電力密度Ｗ／Ｓを低く抑える必要があるなどの問題点があった。
【００１４】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、オゾンの発生効率が良く、高濃度のオゾンを発生させるオゾン発生装置を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るオゾン発生装置は、対向して配置されその間に高電圧が印加されることにより放電を発生せしめる２個の電極と、該電極間に設置される少なくとも１個の誘電体と、前記電極間に原料ガスとして空気を供給するガス供給機構とを備え、前記放電によりオゾンを発生する少なくとも１個のオゾン発生ユニットを有するオゾン発生装置において、放電空隙長が０．６ｍｍ以下で、放電空間のガス圧力ｐと該放電空間の放電空隙長ｄとの積ｐｄが１２０Ｔｏｒｒ・ｃｍ 以上であるようにせしめたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の一実施の形態を図について説明する。図１はこの発明の実施の形態１を示す断面図であり、図４７に示した従来例と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１において、１１はヒューズ１２を介して電源１に接続された給電板、３１は給電板１１に電気接触された導電層（電極）である。この導電層３１は図４７の従来例の高圧電極３に相当する。４は誘電体であり、アルミナセラミックス板により形成されている。このセラミックス板４と導電層３１の大きさの関係を図２に示す。図２中、３２はガス通路のためにセラミックス板４の中央部に設けられた穴（ガス供給機構）である。この導電層３１はセラミックス板４の片面に厚み４０ミクロンの銀メタライズ層で形成されている。給電板１１と導電層３１の一部でも接触しておれば給電板１１と導電層３１は同電位となる。したがって、たとえ給電板１１とセラミックス板４の間に隙間が生じても、両者が同電位であるため、その隙間には電界がかからず、したがってボイド放電が発生することはない。また、セラミックス板４の外周部もしくは内周部を伝って接地電極２に沿面放電が飛ばないように（図１参照）、セラミックス板４の全面に導電層３１を形成せず、外周部と内周部に導電層３１の形成されていない領域を設けている。沿面放電を防止するための導電層３１と接地電極２との距離は、印加電圧にもよるが、通常十分な２ｍｍ以上に設定してある。
【００１７】
６１は金属製のスペーサであり、接地電極２とセラミックス板４との間に挿入されている。該スペーサ６１を介してセラミックス板４と接地電極２により、放電の発生する放電空間５が形成され、導電層３１及び接地電極２の間に発生する放電により、該放電空間５へのガス供給口（ガス供給機構）７から供給された酸素を含むガスの一部が放電空間５内でオゾン化される。用いるガスは酸素単独でも、窒素と酸素の混合ガスでも空気でもよい。ただし、水分量はなるべく少なく、酸素濃度はなるべく高いほうが効率的である。セラミックス板４、接地電極２はそれぞれ金属スペーサ６１を介して面接触されており、セラミックス板４での発熱は、スペーサ６１を介して、冷却された接地電極２で有効に吸収される。
【００１８】
図１に示す実施の形態１では、２組のオゾン発生ユニットが対向して設けられており、該２組のオゾン発生ユニットの間に、オゾン耐性のあるエチレンプロピレンゴム（以下「ＥＰゴム」と略記する）で構成されたストレス緩衝板（弾性体）１００を挿入して、上部の接地電極２を矢印Ａの方向から図示しない加圧機構により押圧することにより装置を組み立てている。すなわち、接地電極２とセラミックス板４との間にスペーサ６１を介在させるとともに、セラミックス板４の背後から弾性体であるストレス緩衝板１００の抗力で押圧することにより、放電空間５の空隙長を一定に保っている。すなわち、機械的や熱的ストレスによりセラミックス板４等に生じる力をストレス緩衝板１００により吸収している。従って、主にセラミックス板４の歪みにより空隙長の精度が悪化したり、セラミックス板４が破壊されたりすることがこのストレス緩衝板１００により防止される。
【００１９】
図４８に示した従来例のように、電極２，３あるいはセラミックス層（誘電体）４１により構成される空隙間で、放電しない外周部にシリコン製のスペーサ６を挿入する方法では、電極２，３の熱歪みにより空隙長が変化してしまう。この問題を回避するために、本実施の形態においては、図３に示すストレス緩衝板１００を用いた。図３において、１００はＥＰゴムよりなるストレス緩衝板、１０１はガス通路のための開口部（ガス供給機構）、１０２はオゾンによりＥＰゴムが腐食されることを防ぐために、ＥＰゴムの表面にフッ素樹脂コートした部分を示す。このストレス緩衝板１００は放電空間５とほぼ同程度の大きさを持ち、図１に示すように導電層３１の背面に設置することにより、放電空間５の外側から全面にわたって均質に配置することができ、前述したスペーサ６１の空隙長を保持する作用を助けて放電空間５の空隙長を高精度に保つことができる。すなわち、例えば熱膨張によりセラミックス板４の厚みが変化し、この変化を緩衝すべくストレス緩衝板１００の厚みが変化しても、本実施の形態の構成では空隙長が変化することがない。
【００２０】
従って、数百ミクロン程度の超短空隙が要求される場合には、本実施の形態の構成は特に有効である。また、図１に示すように同電位の高圧導電層３１の間に挟持され該導電層３１に取り囲まれているため、ストレス緩衝板１００に電界がかかることはなく、沿面放電の恐れもない。なお、沿面放電によるストレス緩衝板１００の劣化を防ぐためにも、図１に示すように、該ストレス緩衝板１００の面積は、セラミックス板４の表面に施された導電層３１の面積等しいかそれよりも小さくし、ストレス緩衝板１００が同電位の導電体３１に取り囲まれているほうが望ましい。なお、ストレス緩衝板１００は全体的にフッ素樹脂で構成してもよい。
【００２１】
次に動作について説明する。ガスは図１において接地電極２の周囲部から矢印７の方向に吸い込まれ、放電空間５を通過後、矢印８１の方向に流れ、ガス排出管（ガス供給機構）９を通って矢印８の方向に排出される。動作ガス圧力は２気圧（ａｔｍ）である。動作ガス圧力を０．５ａｔｍから３ａｔｍまで変化したときの、空隙長ｄとオゾン発生効率ηの関係を実験した結果を図４に示す。この結果は原料ガスとして酸素を用いたときの結果である。ガス圧力を増加していくと、最適な空隙長ｄが変化していくことがわかる。すなわち、ガス圧力の増加に伴い、短い空隙での励起効率が上昇し、長い空隙での励起効率が減少している。この現象は、次の理由によることが本発明者の実験で明らかになり、以下の如く説明できる。
【００２２】
（１）接地電極２、導電層３１の近傍には大量の正イオンよりなるシース領域が存在する。イオンは電子に比べオゾンを発生する能力が圧倒的に小さいため、空隙長ｄが短くなるとイオンシースの影響が大きくなりオゾン発生効率ηは減少する。ガス圧力を増加させると正イオンによるシース部の長さが減少するため、短空隙中での励起効率が改善される。通常１気圧でのシース長は０．００３ｍｍ程度であり、空隙長ｄに対するシース長の比が５０％程度になると励起効率は急激に減少する。したがって短空隙中では圧力の増加に伴いオゾン発生効率ηは急激に増加する。
（２）放電の安定性を示すパラメータの１つに空隙長ｄとガス圧力ｐの積（ｐｄ値）が知られているが、無声放電式オゾナイザの場合、ｐｄ値が０．３ａｔｍ・ｃｍを超えると、空間的にピンチした放電形態に変化することが明らかになった。放電がピンチすると、空間のガス温度が局所的に上昇し、オゾンの熱分解過程が促進され、オゾン発生効率ηが低下する。長空隙領域で、ガス圧力の増加と共にオゾン発生効率が低下しているのはこのためである。
【００２３】
ところで、従来図５２に示したデータ以外には、０．５ｍｍ以下の短空隙中でのオゾン発生特性は、ほとんど報告されていない。これは、図４８に示す従来のオゾン発生装置では、高圧力で運転するとオゾンが漏れだすため実験ができなかったこと、空隙精度の良い実験機が製作できないため、超短空隙のオゾン発生装置は実用性がないと判断されたことなどによると思われる。いずれにせよ、図５２は１気圧での結果であるために、短空隙長での励起効率が低かったものと思われる。すなわち、本発明者によるオゾン発生装置は、上述の構成をとることにより精度良く０．６ｍｍ以下の空隙が構成できたこと、及び１．５気圧程度以上の高圧ガスを使用したことにより、高効率、コンパクトなオゾン発生装置を実現できたものである。
【００２４】
これまでの説明は、投入電力が小さく、オゾン濃度が低い場合の結果についてのものである。オゾン濃度が低い場合には、図４に示すように、各放電空隙長において最適な圧力を用いれば、オゾン発生効率に大きな差が見られず、装置のコンパクト化の観点からは、放電空隙長が短いほうが有利であることが分かる。さらに電力を投入し、オゾン濃度を高めていった場合のオゾン発生特性の変化を図５に示す。図５の横軸はガス１分子あたりに投入されるエネルギーＷ／ＱＮ 、縦軸はオゾン濃度Ｃを表す。ここでは、放電空隙長の差に起因するガス温度上昇の影響を除くため、放電空間のガス温度が３００゜Ｋになる条件での結果を示している。即ち、放電面積が放電空隙長に比例する電極を用いて、放電によるガス温度上昇が放電空隙長により変化しないようにした。
【００２５】
前述したように、オゾン濃度の低い領域ではオゾン発生効率は実験条件にあまり依存しない。ところが、図５に示すように、オゾン濃度が高くなるに従い、各特性に差が見られる。実験データの検討の結果、これらの各特性の変化はガス圧力ｐと放電空隙長ｄとの積ｐｄに依存していることが判明した。図６は電子衝突によるオゾン生成（酸素解離）速度ｋＯ２ とオゾン解離反応速度ｋＯ３ との比ｋと積ｐｄとの関係をまとめたものである。同図より、積ｐｄが大きくなるほど比ｋが大きくなることが分かる。比ｋが大きくなるということは電子によるオゾン解離反応が大きくなることを意味し、高オゾン濃度領域でオゾン生成効率が低下することを意味する。オゾン濃度が低い場合には、オゾン発生効率は、オゾン生成速度ｋＯ２ にのみ依存し、比ｋには依存しない。図６より、高濃度オゾンを発生するためには、比ｋを小さく抑える必要がある。このためには、同図より、積ｐｄを３０Ｔｏｒｒ・ｃｍ以下に設定すればよい。ただし、オゾンは酸素原子と酸素分子と第３体との３体衝突により生成されるため、ガス圧力ｐがあまり低いとオゾン発生効率は低下してしまう。即ち、ガス圧力ｐを１気圧（７６０Ｔｏｒｒ）程度以上に高くしておく必要がある。この条件を考慮すると放電空隙長ｄは０．４ｍｍ以下にする必要があると結論できる。
【００２６】
図６の結果は以下のようにしても説明できる。即ち、図７は電子エネルギー分布を換算電界Ｅ／Ｎ（ただしＮはガス分子の粒子数）の関数としてまとめたものであり、図における換算電界１００Ｔｄ（Ｔｄ＝１０−１７ Ｖｃｍ２ ）、２００Ｔｄ、３００Ｔｄはそれぞれｐｄ＝７６Ｔｏｒｒ・ｃｍ、２５．８Ｔｏｒｒ・ｃｍ、１３Ｔｏｒｒ・ｃｍに相当することが本発明の発明者の実験から判明している。図７において、酸素の解離エネルギーは６−８ｅＶであり、オゾンの解離エネルギーは２ｅＶ及び４ｅＶ付近である。また、同図において、８ｅＶ付近の電子の存在確率は、あまり換算電界Ｅ／Ｎ（もしくは積ｐｄ）に依存しない。従って、低オゾン濃度領域におけるオゾン発生効率は、換算電界Ｅ／Ｎ（もしくは積ｐｄ）に依存しない。一方、２−４ｅＶ付近の電子エネルギーの存在確率は、換算電界Ｅ／Ｎが高いほど（即ち積ｐｄが低いほど）小さい。このことは、換算電界Ｅ／Ｎが高いほど電子によるオゾンの解離反応が小さく、高濃度域でのオゾン発生効率が高くなることを予想させる。このことにより、図６の実験結果、即ち積ｐｄが小さいほど高濃度オゾンが得られることを定性的に説明できる。なお、オゾン濃度が増加した場合、電子エネルギー分布自身も変化するため、オゾンの電子衝突断面積が得られないと定量的な評価は困難である。
【００２７】
ここで、原料ガスの酸素濃度が低い場合には、上記電子エネルギー分布に与える換算電界の影響は小さくなるため、上記の最適値は、原料ガスとして酸素濃度が高いガスを用いたときに特に有効である。
【００２８】
なお、原料ガスに窒素が含まれる場合、これまでの特性と全く異なったオゾン発生特性が得られることが判明した。酸素と窒素の分率比が１対４である空気を原料ガスに用いて、放電空隙長ｄ、ガス圧力ｐを変化させてオゾン発生特性を調べたものが図８である。高消費電力Ｗ／ＱＮ 領域では、消費電力Ｗ／ＱＮ の増加に対してオゾン濃度は減少することが確認されているが、ここではその領域については示していない。同図より、放電空隙長ｄが大きいほど、あるいはガス圧力ｐが高いほど高濃度オゾンが得られることが分かる。
【００２９】
図８の結果を放電空隙長ｄとガス圧力ｐとの積ｐｄでまとめた結果を図９に示す。同図より、積ｐｄを大きくしたほうが、高濃度オゾンが得られることが分かる。所定の高濃度オゾンを得るためには、積ｐｄを１２０Ｔｏｒｒ・ｃｍ以上にする必要がある。この結果は、酸素を原料ガスとして用いて行った実験結果（図５）と全く逆の傾向である。
【００３０】
また、窒素分率が酸素分率とほぼ等しい場合にも図９と同様な特性が得られることが判明した。さらに、これ以上に窒素分率を高めていった場合、即ち窒素濃度の高い原料ガスを用いた場合には、放電により生成される窒素酸化物（ＮＯｘ）がオゾンを破壊し、高濃度オゾンが得られないという現象が生じる。また、電子エネルギーが高いほど、即ち積ｐｄが小さいほど、窒素酸化物（ＮＯｘ）はできやすいため、積ｐｄの小さい領域では、高濃度オゾンが得られない。この物理モデルは放電空隙長ｄが０．８ｍｍ以上の領域では公知の事実であるが、０．６ｍｍ以下の放電空隙長でも同様な現象の発生することが上記実験により初めて確認できた。
【００３１】
次に、図１及び図１０を参照して接地電極２、金属スペーサ６１の部分を詳しく説明する。図示していないが接地電極２は水冷されている。この実施の形態の構成では、冷却する部分はすべて接地電位であるため、通常の水を使用することができ、絶縁油や純水を用いる必要はない。もちろん、接地電極に冷却用のフィンを取付け空冷しても、ヒートパイプ冷却でも、チラー水で直冷しても同じ効果が得られる。また、接地電極２の放電部に対応する面に誘電体層をコーティングするか、あるいは接地電極２上に誘電体板を設置しておくと安定な放電が得やすい。接地電極２の上に図に示すような放射状の金属スペーサ６１が設置され、このスペーサ６１の上にセラミックス板４が置かれ、放電空間５を形成する。したがって、接地電極２上でスペーサ６１の存在しない部分が放電空間５となり、スペーサ６１が存在する空間は非放電部となる。この構成では、放電部とガス通路は完全に一致し、ガス通路を別途設ける必要がない。また、スペーサ６１に用いる材料の厚みで任意の空隙長ｄが実現できる。さらに、放電電極面積にしめるスペーサ（非放電部）６１の割合が大きく、放電領域全域にスペーサ６１が存在するため、空隙精度を空間全域に均一に構成することができ、このスペーサ６１を介してセラミックス板４を間接的に冷却できる効果もあわせ持つことが判明した。
【００３２】
また、非放電部の面積を増加して行くと、ガスの冷却効果が増加していく。ただし、あまり非放電部の面積を増加すると、有効放電部面積が減少し、オゾン発生特性が劣化する。放電部の面積Ｓｄ と非放電部の面積Ｓｎ の比Ｒｓ ＝Ｓｎ ／Ｓｄ を変化してオゾン発生特性を調べたものが図１１である。Ｒｓ ＝０の付近ではＲｓ の増加に伴いオゾン発生効率が急激に増加している。さらにＲｓ を増加するとオゾン発生効率は最大値を迎え、やがて低下してゆく。従来のスペーサを使用しない場合に比較して１０％以上オゾンの発生効率が高くなる領域は、スペーサの材料、電力密度、オゾン濃度等、他の条件によって変化するが、およそ５％≦Ｒｓ ≦１００％の範囲となる。図１１は、ギャップ長０．８ｍｍにおける結果であるが、スペーサによる除熱効果は放電ギャップ長に大きく依存する。ギャップ長を変えて、比Ｒｓ とオゾン発生効率の相対比を示した結果が図１２である。図１２から明らかなように、ギャップ長が大きくなると，スペーサを介して除熱される効果が高くなるため非放電部の割合を大きくした方が除熱効果が高い。逆にギャップ長が小さい場合には、ガス中を効率的に熱が伝わるため、スペーサによる除熱効果は低くなる。従って、非放電部の割合を小さく設定したほうが除熱効率が高い。ギャツプ長が０．１ｍｍから１．２ｍｍの範囲で、スペーサのない場合と比較してオゾン発生特性が多少とも改善される領域は、図１２に示すように、０．５％≦Ｒｓ ≦１２０％であった。もちろん金属スペーサにアルミ、銅などの熱伝導率の高い材料を用いれば冷却効果は上がり、最大オゾン発生量も増加する。また、腐食の問題を重視する場合には、上記熱伝導率の高い材料にオゾン耐性の材料をメッキ、もしくはコーティングするか、ステンレスを用いることが有効である。
【００３３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、電極を接地して接地電極２とし、導電層３１に電源１から高電圧を印加して、接地電極２及び導電層３１間に高電圧電界を生じさせていたが、図１３に示すように、接地電極２に電源１から高電圧を印加し、導電層３１をヒューズ１２を介して接地して接地電極として、両電極間に高電圧電界を生じさせるようにしてもよい。
【００３４】
実施の形態３．
また、図１４に示すように、中点接地電源１’を用いて、電極２及び導電層３１に該中点接地電源１’から逆層の高電圧を印加して両電極間に高電圧電界を生じさせるようにしてもよい。このようにすることにより、実施の形態１，２のように一方の電極を接地した場合に比して両電極の接地電位との電位差を半分にすることができる。すなわち、図１５（１），（２）に示すように、一方の電極を接地した場合の高電圧側の電極電位のピーク値をｖとすると、中点接地電源１’を用いた場合の両電極の電位のピーク値はｖ／２となる。このことにより、電極とオゾン発生装置のアースとの絶縁距離を半分にすることができ、形状のコンパクトなオゾン発生装置を得ることができる。
【００３５】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、板状のスペーサ６１を放電空間５に挿入する場合について述べたが、図１６に示すように、糸状のスペーサ６２を用いても同様の効果を奏する。この場合、糸状材料の直径が放電空隙長に相当するので、スペーサが安価に構成でき、空隙長ｄも任意の長さに設定することができる。
【００３６】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では放射状ガス通路を形状するスペーサ６１，６２について説明したが、ガス通路、スペーサともに形状は任意であり、図１７に示すように、非放電部を形成するスペーサ６３が放電領域のほぼ全域に飛び石状に分布していてもよく、放電部との面積比率が上記条件を満たしておれば同様の効果を奏する。
【００３７】
実施の形態６．
図１８は実施の形態５の変形であるが、非放電部を形成するスペーサ６４を螺旋状に構成することにより、放電部のガスの流れを均質化することも可能である。
【００３８】
実施の形態７．
なお、これまでは金属製のスペーサについて実施の形態を示してきたが、絶縁性の材料でスペーサを構成すれば非放電部を伝って流れる無効誘導電流を低減することができ、電力投入において力率を高くすることができる。この場合には、誘電率が低く、耐電圧が高く、誘電正接（ｔａｎδ） が小さく、さらに熱伝導率の高い材料が効果的である。それぞれ
比誘電率 ２０以下
耐電圧 ５ｋＶ／ｍｍ以上
ｔａｎδ ０．１％以下
熱伝導率 ０．１Ｗ／（ｃｍ・ｄｅｇ）
が概略の目安となる。ただし、耐電圧、誘電正接以外は必ずしも上記条件を満たす必要はない。代表的な材料としてはアルミナセラミックス、ベリリア、ガラス、ダイヤモンドなどがある。
【００３９】
実施の形態８．
セラミックス４の表面に放電部に対応する部分だけ導電層３１を設けることは、前記無効誘導電流を防止する上で重要な意味を有する。図１９は図１０に示す放射状の放電空間に対応するセラミックス４の表面を示す。図１０においてスペーサ６１のない部分が放電部になるため、この実施の形態８では図１９に示すように、図１０の放電部に対応した部分に導電層３１が設けられている。図中３２はガス流路のためセラミックス板４の中央部にあけられた穴である。この実施の形態８の場合、放電部にのみ電圧が印加され、非放電部（スペーサのある部分）には給電されないため、非放電部を誘導電流が流れることはない。したがって、効率的に電力を放電部に注入することができる。
【００４０】
実施の形態９．
接地電極２と非放電部材を一体的に形成すると部品点数を減らすことができる。図２０は接地電極２に放電部に相当する溝部を加工することにより、接地電極２と、スペーサの機能を同時に果たしている。図において、２１は削られた溝部（凹部）を表し、２２は母材表面（凸部）である。従って、この接地電極２の上に誘電体電極を乗せると、溝部２１が放電部になり、表面２２が非放電部になる。この溝加工の方法としては、通常の機械加工でも可能であるが、エッチング法も有効な手段である。
【００４１】
実施の形態１０．
また、実施の形態９では、接地電極２に溝を加工する場合について示したが、電極材料と同種材料もしくは異種材料の層を形成し、非放電部に対応する層を形成することも有効な方法である。この場合には図２０において、２１が母材表面で、２２がデポジション部となり、それぞれ、放電部、非放電部に対応する。層の形成方法として、溶射、ＣＶＤ（ケミカルベーパーデポジション）、プラズマＣＶＤなどが有効である。溶射材料としては、アルミニュウムを代表とする金属材料、セラミックス、ガラスを代表とする誘電体材料がある。
【００４２】
実施の形態１１．
誘電体と非放電部材を一体で形成することも有効である。図２１は誘電体板に凸凹をつけ、スペーサの機能を持たせたものである。図において、４はセラミックス板、４２はセラミックス板４の表面、４３は同一材料のセラミックスを溶射した層であり、表面が平板の接地電極２と組み合わせると４２が放電部、４３が非放電部となる。図２１はセラミックス表面に凸部を設けた場合について示したが、実施の形態９、１０と同様に溶射などで凸部を設けても、エッチングなどで凹部を設けてもよい。凸部の材料は、金属材料でも、誘電体材料でもよい。
【００４３】
実施の形態１２．
勿論、図２２に示すように接地電極２とセラミックス板４に凸凹を設けて、両者を嵌合させ、放電空間５を構成すれば、電極の位置精度をあげることができる。図において、２１は接地電極２の切削部、４２はセラミックス板４の表面（誘電体）、４４はエッチング部（凹部）を示す。接地電極２の堀込み部（放電空間５）の長さと、セラミックス板４のエッチング部４４の長さの差が放電空隙長となる。同様に金属電極の凸部と誘電体の凹部で空隙を構成しても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００４４】
実施の形態１３．
さらに、図２３に示すように電極を構成すれば接地電極、誘電体電極、スペーサの機能をすべて一体型で構成することができる。図２３において２は金属製の接地電極で、４１は接地電極２の上にコーティングされた、たとえばセラミックス、ガラス等により構成される誘電体層、４３はエッチング、もしくは機械加工で削られた部分を示す。こうして完成した一体型の電極を図のように重ねてゆけば、削った部分４３で放電空間を、削らない部分で非放電空間を非常にシンプルに構成することができる。もちろん、図２４に示すように、図２３で誘電体をコーティングした反対側の面にも誘電体をコーティングすれば、より安定な放電が得られる。
【００４５】
実施の形態１４．
図１に、ＥＰゴムで構成したストレス緩衝板１００を示したが、ストレス緩衝板１００間もしくはストレス緩衝板１００とセラミックス板４との間をガスが漏れることがある。この問題を回避するには、図２５に示すように、セラミックス板４の間を例えばシリコンゴム製の充填材等、柔軟性のある材料１１０でモールドし、一体型に構成することにより、ガス漏れの問題はなくなる。もちろん、セラミックス板４まで同時にモールドしなくても、ストレス緩衝板１００部と給電板１１をモールドすれば、ストレス緩衝板１００の間からのガス漏れは回避できる。尚、図２５では、給電板１１とセラミックス板４との間に設けられる導電層３１の図示は省略してある。
【００４６】
実施の形態１５．
また、図２６に示すように、ベローズ等のバネ状の金属環（弾性体）１２０を２枚のセラミックス板４の間に挿入し、図示しない導電層３１の表面に設置される給電板１１と金属環１２０の円周部を接合して構成すれば、ガス漏れは完全に回避でき、ストレス緩衝効果も十分に得られる。本実施の形態においては、金属環１２０は、厚さ０．５ｍｍで径の異なる２種類のコバール材で構成され、その上下の円周部が、誘電体板４上に形成された導電層３１に接合されている。
【００４７】
実施の形態１６．
上記実施の形態１５の構造では、誘電体板４間からのガスの漏洩は防止できるが、金属環１２０の両円環部で取り囲まれた内部の空間も完全に密封されてしまい、外気圧の変化に応じて両円環部及び誘電体板４に対してストレスを発生してしまう恐れがある。この問題を回避するためには、金属環１２０の外側の円環部と誘電体層３１との接合を完全に密閉する形では行わず、スポット接合して空気の抜け穴（隙間）を設けておけばよい。外側の円環部をスポット接合するのは、誘電体板４の中心部には活性なオゾンガスが存在するからである。
【００４８】
実施の形態１７．
また、図２７に示すように、金属環１２０の側壁の一部に空気抜きの孔（隙間）１０Ａを設けても良い。この場合も、誘電体板４の中心部には活性なオゾンが存在するため、外側の円環部の一部に空気抜きの孔１０Ａを設けるのが望ましい。
【００４９】
実施の形態１８．
また、図２８に示すように、金属環１２０の側壁の形状を、中央部に折り返し１２０Ａが存在するような形状にすることにより該金属環１２０の弾性定数を最的な値に調整することができる。
【００５０】
実施の形態１９．
更に、図２９に示すように、金属環１２０の側壁の断面形状に複数の折り返し部１２０Ｂ，１２０Ｃを設けることによっても、該金属環１２０の弾性定数を最適な値に調整することができる。
【００５１】
実施の形態２０．
以上の実施の形態ではセラミックス板４を含んだ導電層３１、給電板１１等の電極部の円盤状形状に合わせて、金属環１２０として円環状のものを用いたが、勿論、セラミックス板４、導電層３１、給電板１１等の電極部が３角形、４角形等の多角形形状の板状部材として形成されていれば、金属環１２０も、この電極部の形状に合わせて、中空３角柱、中空４角柱等の中空多角形形状に形成すべきである。
【００５２】
実施の形態２１．
前述した各図においては、図示を省略したが、接地電極２には、図３０に示すように、冷却水を流すための空洞（水路）２３が設けられている。この空洞２３の上面にはオゾン発生装置の放電空間の空隙長を一定にするための上板（電極）２４が設けられている。なお、スペーサ６１，セラミックス板４，導電層３１，給電板１１及びストレス緩衝板１００等の構成部品は図示を省略している。
【００５３】
オゾン発生装置は、通常１．５ａｔｍ以上の高圧ガスを流通させて動作するため、上板２４の上下のガス流通路と冷却水流通路との間で圧力差が生じ、上板２４が、図３０に示すように、空洞２３側に撓んでしまう場合がある。このときの撓み量をδとすると、撓み量δ波、水路の半径ａと上板２４の厚みｔにより、次式のように表せる（Ｒａｙｍｏｎｄ Ｊ． Ｒｏａｒｋ及び Ｗ． Ｃ． Ｙｏｕｎｇ著「Ｆｏｒｍｕｌａｓ ｆｏｒ Ｓｔｒｅｓｓａｎｄ Ｓｔｒａｉｎ （圧力と張力の公式）」第５版、１９８６年、マグローヒル（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ） 社刊 Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎｓ ３３９頁参照）。
δ＝Ｋ１ ×ｑａ４ ／Ｄ
Ｄ＝Ｅｔ３ ／｛１２（１−ν２ ）｝
ここで、ｑは上板２４の荷重（ｋｇ／ｃｍ２ ）、Ｅは上板２４のヤング率（ｋｇ／ｃｍ２ ）、νは上板２４のポアソン比、ｂ，ａはそれぞれ上板２４の内周の半径（ｃｍ）及び外周の半形（ｃｍ）である。Ｋ１ はｂ／ａにより決まる定数であり、ｂ／ａ＝０．１のときＫ１ ＝０．００６である。
【００５４】
上式より明らかなように、上板２４の厚みｔを増せば撓み量δを小さくできるが、通常接地電極２はステンレスで製作するため、熱伝導率が低く、厚みｔを厚く設計すると上板２４が高温になってしまうので、厚みｔは厚く設計ことができない。例えば、放電空間の空隙長が０．２ｍｍのとき、接地電極２の厚みｔは４ｍｍ程度以下にする必要がある。このため、接地電極２の上板２４はある程度撓むことを考慮して設計せざるを得ない。上板２４が撓んだときには、放電空隙長が変化し、オゾン発生効率η等のオゾン発生特性が劣化する恐れがある（図４，図１２参照）。
【００５５】
本実施の形態は、上述の点を考慮し、接地電極２の上板２４が撓んだ場合にも、放電空間の空隙長が変化しないようにしたものである。即ち、上板２４に対向して設けられているセラミックス板４（図１参照）を上板２４の撓みに対応して撓ませることにより、該上板２４の撓みを相殺するものである。具体的には、例えば図２６乃至図２９に示した実施の形態１５乃至１９のように、セラミックス板４の背面に金属環１２０等の反発力を有する付勢部材を設け、セラミックス板４に荷重を印加するようにする。セラミックス板４に印加するこの荷重をｑｄ 、接地電極２の上板２４のヤング率をＥｅ 、上板２４の厚みをｔｅ 、セラミックス板４のヤング率をＥｄ 、セラミックス板４の厚みをｔｄ 、上板２４に掛かる高圧ガスと冷却水との圧力差をｑｅ とすると、荷重ｑｄ は圧力差ｑｅ に対して次の式を満足すればよい。
ｑｄ ≒ｑｅ ×（Ｅｄ ／Ｅｅ ）×（ｔｄ ／ｔｅ ）３
【００５６】
荷重ｑｄ が上式を満足する値よりも極端に大きな値となるとセラミックス板４は破損され、また極端に小さな値となると放電空間の空隙長が一定の値に維持できなくなる。通常の構成では荷重ｑｄ は、０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ２ 程度の値であればよい。荷重の掛け方は、バネ定数ｋ（ｋｇｆ／ｍｍ）のｎ個の付勢部材をｌｍｍ圧縮させ、ｑｄ ×Ｓ＝ｎｋｌとなるように設計すればよい。ここで、Ｓは上板２４の面積である。
【００５７】
実施の形態２２．
また、図３１に示すように、２枚のステンレス板（金属板）２５，２５の間に、例えば銅等の熱伝導率の良い金属で形成された径の異なる円環部材（金属）２６，２６を２個挟み込んで接地電極２を構成すれば、熱伝導率の良い円環部材２６を介して効率的にステンレス板２５を冷却することができるため、空洞２３の外周の半径ａを小さく、内周の半径ｂを大きく、即ち空洞２３の容積を小さく設計できる。これにより、ステンレス板２５の板厚を小さくしても接地電極２の機械的強度を大きく保つことができる。この様に構成する場合には、ステンレス板２５と円環部材２６との接合はロー付けにより行い、ステンレス板２５と円環部材２６との接触面にロー材を流し込むようにして接合を行うと、除熱効率を高くすることができる。
【００５８】
実施の形態２３．
以上に記載した実施の形態では、２個の放電空間からなる１組のオゾン発生ユニットに１個のストレス緩衝板１００を挿入する場合について説明したが単一の放電空間から構成される低容量のオゾン発生装置にストレス緩衝板１００を用いても同様の効果がある。すなわち、例えば図１の下半分のみの構成の１個のオゾン発生ユニットから成るオゾン発生装置に１枚のストレス緩衝板１００を用いることにより、該オゾン発生装置の放電空間の空隙長の保守、誘電体の破損の防止等の前述した効果が得られる。さらに、１組のオゾン発生ユニットに１組のストレス緩衝板がある必要はなく、図３２に示すように、複数組のオゾン発生ユニット１０に１枚のストレス緩衝板１００を設けるだけでも効果があり、このようにすれば、部品点数の削減、ストレス緩衝板１００からのガス漏れの回避等の効果が得られる。
【００５９】
実施の形態２４．
図１に示した実施の形態１においては、酸素を含むガスは放電空間５の外周部から吸い込まれ、非放電部と放電部とで構成されたガス流路を伝って中央部の排出口からオゾン化ガスとなって排出される。このようなガスの流れを採用することには、以下のような大きな利点がある。
すなわち、
（１）オゾンを含む活性化の強いガスは放電空間５の外周部には全く漏れないため、放電空間５の外で使用する材料はオゾン耐性を必要とせず、任意の材料が使用できる。
（２）オゾン濃度が高く放電が不安定になる放電部ガス下流域では、ガス流速が速くなり、高オゾン濃度下でも安定な放電が得やすい。
従って、放電が不安定になるような高オゾン濃度下での使用、あるいは安価な材料で装置を構成する必要のある場合はこの方式が有効である。
【００６０】
しかるに、図３３のようにオゾン発生装置の中心部からガスを送り込み、放電空間５の外周部にガスを排出する構成を採用した場合には以下の利点が得られる。
すなわち、
（１）放電空間のガス下流に行くほど、ガス流路の断面積が大きくなる。一般に、ガス下流域では、ガス温度があがって流速が速くなり、流路の圧力損失が急増するが、この構成を採った実施の形態では比較的低圧力損失で流路を構成することができる。
（２）放電空間の水分量が増加するとオゾン発生効率が減少することが知られているが、この構成では電極冷却水が多少もれても放電空間の水分量が増加することがなく、水によるオゾンの発生効率の低下はない。
水漏れの恐れのある場合、ガス流体系の圧力損失を低く抑える必要がある場合には、この方式が有効である。
【００６１】
実施の形態２５．
図３４は図１に示した１組のオゾン発生ユニットを４０組重ねて構成した大容量オゾン発生装置を示す。この構成で一時間に５ｋｇのオゾンを発生することができる。図において２００は圧力容器（容器）、２５０は図１に示したオゾン発生ユニットを横方向に積層したオゾン発生ユニット群、２１０は冷却水供給口ポート、２１１は冷却水排出口ポート、２２０は高電圧の供給ポート、２３０は接地ポートである。２４０は支持柱を示し、２箇の支持柱２４０によってオゾン発生ユニット群２５０はそれぞれ位置決めされている。圧力容器２００の外部から導入された酸素を含むガス（図示せず）は、オゾン発生ユニット群２５０の周辺から吸い込まれ、排気口から矢印８の方向にオゾン化ガスとなって排出される。オゾン発生装置に２本の支持柱２４０を配設し、オゾン発生ユニット群２５０を横方向に積層したことにより、オゾン発生ユニット群の設置の位置決めが容易になり、メンテナンスも短時間で行える。
【００６２】
実施の形態２６．
図３５は、大容量オゾン発生装置の他の実施の形態を示す図であり、図３５（２）はその一部切り欠き側面図、図３５（１）はその左方向から見た透視図、図３５（３）はその右正面図である。
【００６３】
本実施の形態は、図１に示したオゾン発生ユニットを１２組積層したオゾン発生ユニット群２５０を、前述のストレス緩衝板１００を介して、電極ユニット押さえバネ（弾性体）３２０で圧着固定したものである。押さえバネ３２０は、上記実施の形態２１で示した式を満足する荷重ｇをオゾン発生ユニット群２５０に印加するように設定されており、バネ定数が５ｋｇ／ｍｍで３ｍｍ圧縮され、オゾン発生ユニット群２５０に１５ｋｇ ｗの圧力を印加する。４２０は、各オゾン発生ユニットのセラミックス板４の位置精度を保つための位置決め板（位置決め手段）であり、各オゾン発生ユニットの接地電極２に取り付けられている。
【００６４】
オゾン発生ユニット群２５０は、圧力容器２００中に載置され、高電圧供給ポート２２０を介して、各オゾン発生ユニットに対して高電圧が印加される。また、オゾンを発生する原料ガスは、ガス供給口７１から圧力容器２００中に導入され、各オゾン発生ユニットの外周部から放電空間中に吸入され、該原料ガスの一部が該放電空間でオゾン化され、ガス排出口７２から排出される。
【００６５】
オゾン発生器の各発生ユニットは定期的に点検する必要があるので、圧力容器２００にはガイドローラ（摺動手段）３１０が取り付けられており、圧力容器２００が全体としてレール３１１上に載置され、図３５（２）の左方向に移動できるようになっている。点検時には、圧力容器２００を左方向に移動させ、オゾン発生ユニット群２５０を露出させて点検する。このとき、オゾン発生ユニットの電極を交換するときには、押さえバネ３２０を弛めて接地電極２間に挿入されている、導電層３１の形成されたセラミックス板４を引き出して電極の交換を行う。このため、接地電極２には該電極２を摺動させるためのベアリング（移動手段）４１０が取り付けられ、接地電極２はこのベアリング４１０がレール４１１上を回転することによって左右方向に摺動して移動できる。また、接地電極２に接続されている冷却水供給口ポート２１０及び冷却水排出口ポート２１１は、図３５（１），（２）に示すように、水平方向に移動できるようになっている。
【００６６】
実施の形態２７．
次に、図３５の如く積層して用いるのに適した接地電極２の実施の形態について説明する。
図３６は、接地電極２の１実施の形態を示す上半分切り欠き平面図（１）と、側面図（２）であり、側面図（２）の上半分は平面図（１）の中心線Ｉ−Ｉ線に沿った断面図となっている。
接地電極２は、基板２Ａの両面に平板２Ｂ，２Ｃが溶接されて構成されており、平板２Ｂ，２Ｃが放電面を形成する。基板２Ａには打ち抜きプレスにより、冷却水用の流路５１２が形成されている。図において、符号４１２は接地電極２を摺動させるためのベアリング４１０を取り付けるための切り込み部を表し、この切り込み部４１２により接地電極２の位置決めが行われる。符号４１３は接地電極２を積層するための取り付け穴を表し、該取り付け穴４１３中に支持柱を嵌挿することにより接地電極２を積層する。符号５１０は冷却水の供給口を表し、符号５２０は冷却水の排出口を表す。冷却水は、供給口５１０から接地電極２中に導入され、流路５１２中を流れて、排出口５２０から排出される。供給口５１０の穴径は、他の流路５１２の断面積より十分に小さく構成されており、冷却水の圧力損失が大きくなる。この様に構成することにより、複数個の接地電極２に均等に冷却水を流通させることができる。もし、この圧力損失の大きな部分が設けられていないと、図３５に示す冷却水供給口ポート２１０に近い接地電極２には大量の冷却水が流れ、冷却水供給口ポート２１０から遠い接地電極２には冷却水があまり流れないという不都合が生じる。
【００６７】
冷却水の流路５１２は、接地電極２の全面を均等に冷却できるように、曲がりくねった細長い溝状に構成されており、該溝状の流路５１２の断面積は、各溝部分を流れる冷却水の流速がおよそ１ｍ／ｓ以上となるように、設計されている。更に、流路５１２中に発生する気泡を有効に排出するために、流路５１２の一部に細孔（バイパス）５１３が設けられている。この細孔５１３は、図３６に示すように、流体力学的に気泡の発生しやすい流路５１２の湾曲部に設けられている。
【００６８】
実施の形態２８．
図３７は、接地電極２の他の実施の形態を示す上半分切り欠き平面図（１）と、側面図（２）であり、側面図（２）の上半分は平面図（１）の中心線ＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図となっている。
本実施の形態においては、基板２Ａの流路５１２として用いられる溝は、止まり溝５１２ａとして構成されており、基板２Ａの裏側表面を放電面として利用することができる。これにより、平板２Ｂを１枚基板２Ａに溶接するのみで接地電極２を構成することができ、部品点数の削減、ひいてはコストの低減が可能となる。
【００６９】
実施の形態２９．
上述した各実施の形態において、スペーサ６１〜６４を接地電極２又はセラミックス板４に接着又は溶接して固定すると、接着剤又は溶接部の厚みによりスペーサ６１〜６４の厚みが変化してしまい精度が落ちる恐れがある。そのため、スペーサ６１〜６４の固定方法としては、十分な厚み精度を有するスペーサ６１〜６４を接地電極２とセラミックス板４との間に挟み込んで、締め付ける方法が用いられている。これにより、安価に高精度の空隙長が確保できる。
この方法による場合、図３２に示したように、垂直方向にオゾン発生ユニット１０を積層してオゾン発生装置を構成する場合には、スペーサ６１〜６４を固定するのは容易である。しかるに、図３４及び図３５に示すように、水平方向にオゾン発生ユニットを積層してオゾン発生装置を構成する場合には、スペーサ６１〜６４を仮固定しておかないと、各オゾン発生ユニットを積層するのが困難である。
【００７０】
本実施の形態はこの様な問題を解決するものであり、その構成を図３８に示す。
図３８（１）は、本実施の形態の接地電極２にスペーサ６５を懸下した状態を示す平面図、図３８（２）は図３８（１）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。
図３８に示すように、スペーサ６５の上端部は直角に折り曲げられて爪部（嵌合部）４２２が形成されており、該爪部４２２が、接地電極２の上端部に設けられたスペーサの位置固定用溝（凹部）４２１に嵌合するようになっている。この様に構成することにより、図３４あるいは図３５に示すようにオゾン発生ユニットを水平方向に積層する場合、各オゾン発生ユニットの接地電極２の溝４２１にスペーサ６５の爪部４２０を嵌合させてスペーサ６５を接地電極２に懸下して保持できる。このようにして、各オゾン発生ユニットの接地電極２とセラミックス板４との間にスペーサ６５を保持した状態で、オゾン発生ユニットを全体的に積層方向に締め付けることにより、オゾン発生装置を容易に構成できる。即ち、スペーサ６５は爪部４２０で接地電極２に保持されているので、オゾン発生装置の組立工程で、スペーサ６５の位置がずれたり、スペーサ６５が落下したりすることがない。なお、セラミックス板４が多少湾曲していても、オゾン発生ユニットを全体的に積層方向に圧着する事により、ストレス緩衝板１００によりセラミックス板４が圧迫されセラミックス板４の湾曲は矯正されて、各オゾン発生ユニットの放電空間の空隙長の精度はスペーサ６５の精度と一致する。このため非常に安価に高精度の空隙長を実現することができ、かつオゾン発生装置の組立、またオゾン発生ユニットの交換等の作業を容易に行うことができるようになる。
【００７１】
実施の形態３０．
もちろん図３９に示すように、支持柱２４０でオゾン発生ユニット群２５０の位置決めを行い、該オゾン発生ユニット群２５０を縦方向に積層してもよい。
【００７２】
実施の形態３１．
さらに、図４０に示すように、篭形支持柱２４１に各オゾン発生ユニットの接地電極２、セラミックス板４を順次嵌挿してオゾン発生装置を組み立てるようにすると、オゾン発生ユニットの各構成部品の位置決めをより容易に、かつ安価に行うことができる。
【００７３】
実施の形態３２．
オゾン発生ユニットを横方向、もしくは縦方向に多段に積層した場合、各金属電極を冷却する方法が複雑となる。小容量のオゾン発生装置の場合は、前述したように金属電極にフィンを設けて空冷する方法が有効である。しかし、コンパクトにオゾン発生装置を設計するためには、水などの冷媒で直接冷却する必要がある。この場合、各電極において、水の出入りのための配管を各２本接続する必要がある。多段構成を採用する場合、すべての配管をいちいち給水ポートに接続していては、作業が面倒であり、装置の信頼性にかける。実施の形態３２はこの問題を解決するものであり、図４１にその配管構成を示す。実施の形態３２のオゾン発生装置は、接地電極２、セラミックス板４をストレス緩衝板１００を介して多段に積層し、接地電極２には図に示すように予め電極の外側を半周とりまく金属配管（冷媒流通機構）２１２が溶接されている。もう一方の水用の口には配管用ジョイント（冷媒流通機構）２１３が接続されている。このような状態の接地電極２にセラミックス板４、ストレス緩衝板１００で構成されるオゾン発生ユニットをたとえば５段重ねて構成し、それぞれのジョイント２１３に配管２１２を接続する。こうしてできあがった１モジュールを本体に移し、給水ポート２１０のジョイント２１３に配管（冷媒流通機構）２１４で接続する。このように構成することにより、オゾン発生モジュールはオゾン発生装置本体の外部で組み立てることができ、本体内の作業は給水ポート２１０との接続だけですむ。したがって、作業効率は改善され、本体内での水漏れの危険性は非常に小さくなる。
【００７４】
実施の形態３３．
図４２はこの発明の実施の形態３３を示す断面図である。この実施の形態は１個の放電空間５を有する小容量のオゾン発生装置である。接地電極２には冷却水２１１を循環させるための空洞２３が底部に設けられ、また周辺部の壁面の上面には、ガス密封用のゴム板３３０を介して上板２４が設けられている。このようにして、ガス供給口７１とガス排出口７２を除いて密閉された状態となっている。接地電極２の内側の底面上にはスペーサ６１を介してセラミックス板４が載置され、放電空間５を形成している。
【００７５】
２２０は高電圧を供給する給電端子であり、給電板２２００が先端に接続されている。給電板２２００はストレス緩衝板１００を押圧しており、ストレス緩衝板１００により導電層３１を介してセラミックス板４が押圧されることにより放電空間５の空隙長が適正に保たれる。また、ストレス緩衝板１００の表面は導電性の薄膜１００１により被覆されており、給電板２２００はこの薄膜１００１を介して導電層３１と電気的に接続されている。このように構成することによりストレス緩衝板１００として絶縁性の材料を用いることができ、広い範囲の材料を用いることが可能となる。また、ストレス緩衝板１００の表面は導電性の薄膜１００１により被覆されているため、ストレス緩衝板１００の内部には電界が発生せず、従ってボイド放電が発生して素材が劣化することがない。
【００７６】
オゾンを発生する原料ガスはガス供給口７１から接地電極２と上板２４とにより形成される空間に導入され、導電層３１と接地電極２との間で高電圧電界が印加された放電空間５中でその原料ガスの一部がオゾン化され、オゾンを含むオゾン化ガスとしてガス排出口７２から排出される。
【００７７】
実施の形態３４．
図４３はこの発明の実施の形態３４を示す図であり、図４３（１）はスペーサ６１とストレス緩衝部材（弾性体）１００２との位置関係を示す一部省略正面透視図、図４３（２）は図（１）のＩＶ−ＩＶ線に沿って取った断面図である。
本実施の形態においては、ストレス緩衝部材１００２はバネ状部材であり、複数個のストレス緩衝部材１００２はそれぞれスペーサ６１の上に位置するように設けられている。ストレス緩衝部材１００２としてバネ状部材を用いることによりセラミックス板４へ印加される加重の調整が容易となり、また、ストレス緩衝部材１００２をスペーサ６１の上に配置することによりセラミックス板４の損傷を防止できる。さらに、ストレス緩衝部材１００２は接地電極２が最も撓む位置、即ち空洞２３の中心位置の上方に配置され、セラミックス板４を接地電極２の撓みに合わせて変形させ、放電空間５の空隙長を一定に保つようにしている。
【００７８】
実施の形態３５．
図４４はこの発明の実施の形態３５を示す図であり、図４４（１）はスペーサ６１とストレス緩衝部材１００２との位置関係を示す一部省略正面透視図、図４４（２）は図（１）のＶ−Ｖ線に沿って取った断面図である。
本実施の形態においては、絶縁物で構成された部材２２１０がゴム板３３０と給電板２２００との間に挿入されている。これにより、セラミックス板４に印加される加重が該部材２２００により吸収され、該加重が給電端子２２０にはなんら負荷が掛からず、給電端子２２０がストレス緩衝部材１００２からの反力により破損される恐れがない。
【００７９】
実施の形態３６．
図４５はこの発明の実施の形態３６を示す平面図（同図（１））及び断面図（同図（２））である。図４５（２）に示すように、本実施の形態においては、各オゾン発生ユニットの接地電極２の端部が、各オゾン発生ユニットを積層した場合に、ガスが流動するガス連結孔３５０と放電空間５を除いて密閉される空間を形成する。図において、２２５は電極３に高電圧を給電する高電圧給電継手、２６０は積層された各オゾン発生ユニットを押圧する押圧用冷却水ジョイント、２７０は各オゾン発生ユニットを押圧する押さえ板、２８０はオゾン発生ユニット用ガス継手、２９０はオゾン発生ユニット用冷却継手、３００はオゾン発生ユニット押さえボルト、３１０はオゾン発生ユニット上板、３１１はオゾン発生ユニット底板、３２０はヒューズ止めＯリング、３３０はガス密閉Ｏリング、３４０は放電空間５にガスを供給するガス供給室（密閉空間）、３５０はガス継手２８０を介して各ガス供給室にオゾン発生のためのガスを供給するガス連結孔である。
【００８０】
本実施の形態の接地電極２の片面の周辺部には円周状にＯリング溝が構成されており、各オゾン発生ユニットを積層する際該Ｏリング溝にＯリング３３０を嵌合せしめることによりガス供給室３４０からのガス漏れが防止される。ガスは、図の矢印７から本実施の形態のオゾン発生装置に供給され、ガス継手２８０、ガス連結孔３５０、ガス供給室３４０を介して各オゾン発生ユニットの放電空間５に供給され、該放電空間５における電極２，３間の放電現象により発生したオゾンガスを含んで矢印８からガス供給継ぎ手２８０を介して放出される。
【００８１】
本実施の形態においては、上述の如く、単に各オゾン発生ユニットを積層することにより接地電極２によりガス供給室３４０が形成されるので、積層したオゾン発生ユニットを収納してガス流路を形成するための容器が不要となる。
【００８２】
実施の形態３７．
これまでの実施の形態においては、電極の中央部にガスの排出口（もしくは供給口）を設け、ガスが外周部から中心部、もしくは中央部から外周部に流れるものであったが、図４６に示すように、１つの放電空間のオゾン発生ユニットにガス供給口７１、ガス排出口７２をそれぞれ備え、放電の発生しない非放電部を形成するスペーサ６１を互い違いに交差した２組の櫛歯状に設けることにより、ガス流が放電空間内部を図の左右方向へ交互に通流するように構成できる。図において、２は接地電極、７１，７２はそれぞれガスの供給口、排出口である。６１は非放電部を構成するスペーサであり、供給口７１から導入されたガスは、放電部でオゾンに変換されながら図中矢印８１の方向に流れ、排出口７２から排気される。図４８に示す従来のオゾナイザでは放電空間の空隙長が均一に保てない、放電空間内のガスの流れが規定できず、放電してもガスが流れない部分があったが、本実施の形態のごとくガスを通流することにより上記問題点は解決でき、効率のよいオゾン発生が得られる。勿論、図４６の電極の外周部に従来のように例えばシリコンゴム等からなるシール材を用いて、放電空間からガスが漏れることを防止することもできる。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、対向して配置されその間に高電圧が印加されることにより放電を発生せしめる２個の電極と、該電極間に設置される少なくとも１個の誘電体と、前記電極間に原料ガスとして空気を供給するガス供給機構とを備え、前記放電によりオゾンを発生する少なくとも１個のオゾン発生ユニットを有するオゾン発生装置において、放電空隙長が０．６ｍｍ以下で、放電空間のガス圧力ｐと該放電空間の放電空隙長ｄとの積ｐｄが１２０Ｔｏｒｒ・ｃｍ 以上であるようにせしめたので、窒素を多く含む原料ガスを用いても、窒素酸化物の生成を抑え、高濃度オゾンを高効率で発生させることができ、高効率、高濃度なオゾン発生装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１の誘電体電極を示す平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１のストレス緩衝板を示す平面図である。
【図４】空隙長とオゾン発生効率の関係を示すグラフ図である。
【図５】投入エネルギーとオゾン濃度との関係を示すグラフ図である。
【図６】オゾン生成速度とオゾン解離反応速度との比ｋとガス圧力ｐと放電空隙長ｄとの積ｐｄとの関係を示すグラフ図である。
【図７】電子エネルギー分布を換算電界の関数として示すグラフ図である。
【図８】酸素と窒素の分率比が１対４である空気原料ガスに用いた場合のオゾン発生特性を示すグラフ図である。
【図９】図８の結果を放電空隙長ｄとガス圧力ｐとの積ｐｄでまとめた結果を示すグラフ図である。
【図１０】この発明の実施の形態１の放射状金属スペーサを示す平面図である。
【図１１】非放電部の面積と放電部の面積の比を変化させたときのオゾン発生効率の変化を示したグラフ図である。
【図１２】非放電部の面積と放電部の面積の比を変化させたときのオゾン発生効率の変化を放電空間の空隙長毎に示したグラフ図である。
【図１３】この発明の実施の形態２を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態３を示す断面図である。
【図１５】図９の実施の形態３の電極に印加する電圧の波形を示す波形図である。
【図１６】この発明の実施の形態４の糸状スペーサを示す平面図である。
【図１７】この発明の実施の形態５の飛び石状金属スペーサを示す平面図である。
【図１８】この発明の実施の形態６の渦巻き状金属スペーサを示す平面図である。
【図１９】この発明の実施の形態８の導電層設置位置を示す平面図である。
【図２０】この発明の実施の形態９の削り込み接地電極を示す平面図である。
【図２１】この発明の実施の形態１１のデポ型誘電体電極を示す平面図である。
【図２２】この発明の実施の形態１２の嵌合型電極構造を示す断面図である。
【図２３】この発明の実施の形態１３の一体化した電極構造を示す断面図である。
【図２４】この発明の実施の形態１３の一体化した電極の改良型を示す断面図である。
【図２５】この発明の実施の形態１４のモールド型緩衝板を示す断面図である。
【図２６】この発明の実施の形態１５のストレス緩衝部材を示す断面図である。
【図２７】この発明の実施の形態１７のストレス緩衝部材を示す断面図である。
【図２８】この発明の実施の形態１８のストレス緩衝部材を示す断面図である。
【図２９】この発明の実施の形態１９のストレス緩衝部材を示す断面図である。
【図３０】この発明の実施の形態２１の接地電極を示す断面図である。
【図３１】この発明の実施の形態２２の接地電極を示す断面図である。
【図３２】この発明の実施の形態２３のオゾン発生ユニット群に１個のストレス緩衝板を設置した状態を示す断面図である。
【図３３】この発明の実施の形態２４のガス流逆転状態を示す断面図である。
【図３４】この発明の実施の形態２５の横積層型大容量オゾン発生装置を示す断面図及び正面図である。
【図３５】この発明の実施の形態２６の大容量オゾン発生装置を示す一部切り欠き側面図、左方向からみた透視図及び右正面図である。
【図３６】この発明の実施の形態２７の接地電極の上半分切り欠き平面図及び側面図である。
【図３７】この発明の実施の形態２８の接地電極の上半分切り欠き平面図及び側面図である。
【図３８】この発明の実施の形態２９の接地電極にスペーサを懸下した状態を示す平面図及び側面図である。
【図３９】この発明の実施の形態３０の縦積層型大容量オゾン発生装置を示す正面図及び断面図である。
【図４０】この発明の実施の形態３１の篭形支持柱を示す斜視図である。
【図４１】この発明の実施の形態３２の積層型大容量オゾン発生装置における冷却水配管を示す平面図及び側面図である。
【図４２】この発明の実施の形態３３のオゾン発生装置を示す断面図である。
【図４３】この発明の実施の形態３４のオゾン発生装置を示す一部省略正面透視図及び断面図である。
【図４４】この発明の実施の形態３５のオゾン発生装置を示す一部省略正面透視図及び断面図である。
【図４５】この発明の実施の形態３６を示す平面図及び断面図である。
【図４６】この発明の実施の形態３７のオゾン発生装置を示す横断面図である。
【図４７】従来のオゾン発生装置を示す断面図及び正面図である。
【図４８】従来の他のオゾン発生装置を示す断面図及び正面図である。
【図４９】従来のオゾン発生装置のオゾン発生特性の一例を示すグラフ図である。
【図５０】従来のオゾン発生装置のオゾン発生特性の他の例を示すグラフ図である。
【図５１】従来のオゾン発生装置のオゾン発生特性の他の例を示すグラフ図である。
【図５２】放電空隙長に対するオゾン発生効率の一例を示すグラフ図である。
【符号の説明】
２ 接地電極（金属電極）、３ 高圧電極、４ セラミックス板（誘電体）、５ 放電空間、６，６１ スペーサ、９ ガス排出管（ガス供給機構）、１０ オゾン発生ユニット、１０Ａ 孔（隙間）、２１ 電極切削部（凹部）、２２ 電極母材表面（凸部）、２３ 空洞（水路）、２４ 上板（電極）、２５ ステンレス板（金属板）、２６ 円環部材（金属）、３１ 導電層（電極）、３２ 穴（ガス供給機構）、４４ 誘電体のエッチング部（凹部）、７１ ガス供給口（ガス供給機構）、７２ ガス排出口（ガス供給機構）、１００，１００２ ストレス緩衝板（弾性体）、１０１ 開口部（ガス供給機構）、１２０ 金属環（弾性体）、２００ 圧力容器（容器）、２１２ 金属配管（冷媒流通機構）、２１３ 配管用ジョイント（冷媒流通機構）、２１４ 配管（冷媒流通機構）、２２０ 給電端子、２４０ 支持柱、２４１ 篭形支持柱、３１０ ガイドローラ（摺動手段）、３２０ 押さえバネ（弾性体）、３４０ ガス供給室（密閉空間）、４１０ ベアリング（移動手段）、４２０ 位置決め板（位置決め手段）、４２１ 位置固定用溝（凹部）、４２２ 爪部（嵌合部）、５１０ 冷却水供給口、５１３ 細孔（バイパス）。
Claims (1)
- 対向して配置されその間に高電圧が印加されることにより放電を発生せしめる２個の電極と、該電極間に設置される少なくとも１個の誘電体と、前記電極間に原料ガスとして空気を供給するガス供給機構とを備え、前記放電によりオゾンを発生する少なくとも１個のオゾン発生ユニットを有するオゾン発生装置において、放電空隙長が０．６ｍｍ以下で、放電空間のガス圧力ｐと該放電空間の放電空隙長ｄとの積ｐｄが１２０Ｔｏｒｒ・ｃｍ 以上であるようにせしめたことを特徴とするオゾン発生装置。
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