JP4342991B2

JP4342991B2 - オゾン発生装置

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Inventors: 正樹田口; 啓輔山城; 信虎口; 一樹甲斐
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Description

本発明はオゾン濃度の高いオゾン化ガスを生成することができるオゾン管に関する。またオゾン化ガスの発生特性を向上させ、しかも生成されたオゾンの分解を抑制することができるオゾン管に関する。さらにそのオゾン発生管を備えるオゾン発生装置であって、上下水処理、パルプ漂白処理、殺菌処理などに用いるオゾン発生装置に関する。

従来のオゾン発生管やそれを備えたオゾン発生装置に使用される電極構造を図１１、図１２に示す。図１１においては、対向電極は、円筒高電圧電極２、円筒接地電極１および前記円筒接地電極１の内面に誘電体３を形成し、放電空間６を形成した電極ユニットで構成されている。円筒高電圧電極２と円筒接地電極１に、電源７により交流高電圧が印加され、放電空間６に無声放電が発生する。放電空間６には、酸素を含む原料ガス４が流入し、放電空間６内で原料ガス４中の酸素が下記反応でオゾンとなり、オゾン化ガス５として生成される。
O₂ + e → O + O + e ・・・（１）
O₂ + O + M → O₃ + M ・・・（２）
なお、式中Ｍは第三体を意味し、具体的にはＡｒ、Ｈｅ、Ｎ_２等が挙げられる。

オゾン発生管の放電空間内では、オゾン化ガスを含む混合ガスが壁面へ衝突することにより、オゾン化ガスが消滅するとの報告もある（非特許文献１参照）。その反応式としては、次に示すものが考えられる。
O₃ + Wall → O₂ + O + Wall ・・・（３）
これは生成したオゾン化ガスが電極表面あるいは誘電体表面に衝突して、分解することを示すものである。オゾン発生管を使用してオゾン化ガスを生成する場合、オゾン発生管内の放電空間で生じる放電により、放電が熱源となり放電空間に接する電極を加熱し、加熱された電極（例えば、円筒高電圧電極）に生成されたオゾン化ガスが接触し、オゾン化ガス中のオゾンが電極の熱により分解され、酸素分子に戻ってしまうことを意味する。

そこで、電極を冷却して、前記オゾンの分解を抑制する技術が報告されている（たとえば特許文献１を参照）。電極を冷却することにより、オゾンの分解はかなり回避することができたのであるが、さらなるオゾンの分解を抑制する技術の開発が望まれている。

また、オゾン濃度が高いオゾンを生成するためオゾン発生装置に備える対向電極の放電ギャップを短くする方法が用いられる。放電ギャップを短くすることによってギャップ間の電界強度を高くし、放電空間の電子のエネルギー分布を高くする。これによってオゾンを分解する際に必要なエネルギーを持つ数eVの電子数が減り、オゾンを分解が抑制されるのである。

図１３に、従来から行われている放電ギャップ保持法の一例を示す。ここで放電ギャップを保持するには、少なくともどちらか一方に誘電体（図示してない）層が配置された円筒接地電極１と円筒高電圧電極２の間にステンレス（以下、ＳＵＳということがある）板の溶接などによるギャップスペーサ１１が用いられてきた。このＳＵＳ板ギャップスペーサ１１は点で支える方法であり、放電空間に占めるギャップの面積をできるだけ抑え、放電面積を多くすることを狙ったものである。そのため円筒形の高圧電極側に、両端部近傍から９０°間隔で４点支持し、あるいは１２０°間隔で３点支持し、それを等間隔に配置する方法が用いられている。
図１４は、前記従来技術による短ギャップ化の効果を示すグラフである。ギャップ長を短くする事によって、発生オゾン濃度の高濃度化が可能であること、発生オゾン濃度300g/Nm³発生させるためにはギャップ長約0.2mm以下が必要となることなどが分かる。

図１１に示す電極構成において、円筒高電圧電極２と円筒接地電極１の形状により、放電空間６はガス流量方向に対し、空間ムラが発生する可能性が大きい。空間ムラの存在は放電空隙長が異なることに繋がる。保持される放電ギャップ長が短くなると、放電空隙長が異なることによる放電の不均一性が顕著になってくるので、空間ムラをできるだけ発生させないようにすることが重要である。また、放電空間に空間ムラが発生すると、供給される原料ガス４が放電空隙内部を移動するとき、広い場所は流れやすく、狭い場所は流れにくくなり、放電空隙内の原料ガスの偏流が生ずる原因ともなる。そして、原料ガスの偏流により、原料ガスは均一に放電処理されないこととなる。すなわち、放電空間６にガスが均一に流れないことが多く、かつ放電も均一に発生しないことが多い、従来から知られている図１１に示すような電極構成では、オゾン化ガスの生成機能を十分に性能を発揮できないこと、そしてオゾン濃度が高いオゾン化ガスを生成することができないということも大きな問題であった。
この点を解決するために、放電空間に原料ガスのラセン状流路とするための仕切り部材を配設させ、原料ガスの偏流に伴う放電の不均一を防止する技術が開示されている（特許文献２を参照）。この技術によりかなりの成果がもたらされるのであるが、さらに改善された技術の開発が待たれている。

図１２に、電極ユニットを複数セット組み合わせた場合を示す。図１２の電極構造を用いると、オゾン発生装置自体が大型となり、大量のオゾンを生成させることができるが、同時に前述したような従来から知られているオゾン発生装置の問題点も解消されていないので、生成したオゾン化ガスの分解、供給される原料ガスの偏流の発生と放電の不均一性が解消されておらず、さらなる改善技術の開発が待たれている。

特開平１１−１３９８０９号公報特開２００２−２５５５１４号公報第１１回日本オゾン協会年次研究講演会講演集平成１３年６月第３９〜４２頁

オゾンは、上下水処理、殺菌処理、漂白処理などに際して利用されるのであるが、オゾン濃度が高いオゾン化ガスを使用すればそれだけ有利であるから、できるだけオゾン濃度が高いオゾン化ガスを得る技術が求められている。
そこで、本発明の課題はオゾン濃度が高いオゾン化ガスを得る技術を提供することである。また、放電空間中でのオゾンの電極等の表面との接触による熱的分解を抑制するとともに放電空間内を酸素を含む原料ガスが均一に流れることができ、かつ放電も均一に発生することができる技術を提供することにある。さらに放電空間内を原料ガスが実質的に均一に流れ、原料ガスの偏流の発生を実質的に防止でき、生成したオゾン化ガスのオゾン発生器内での滞留時間が短くなり、できるだけオゾン濃度が高いオゾン化ガスを得る技術を提供することでもある。また、従来のオゾン発生装置におけるオゾン化ガス側でのオゾン化ガスの分解を、抑制する技術を提供することでもある。

本発明者らは、オゾン濃度が高いオゾン化ガスを得るべく工夫する最中、オゾン化ガスの分解に着目した。すなわち、放電空間内を酸素を含む原料ガスが一般的なオゾン発生管においては、交流高電圧放電操作を行ったときに沿面距離の不足により生じる絶縁破壊が起きないように、対向電極のどちらか一方の電極長さを他方の電極長さよりも長くあるいは短くして、電極端部をそろえない構成をとる対向電極を用いる。とくに円筒状の対向電極では、円筒接地電極の端部と円筒高電圧電極との端部を揃えずに、円筒高電圧電極の端部を円筒接地電極の端部よりも内側となるように配置する構造をとっている。
このため、放電空間を中心に原料ガス側とオゾン化ガス側に、それぞれガス溜まりが存在することとなり、このガス溜まり、その中でもオゾン化ガス側のガス溜まりがあるため、一度生成されたオゾン化ガスが分解されてしまうのではないかと推測した。

さらに、放電空間に供給される原料ガスが均一に流れるよう、そして原料ガスに偏流を生じることがないように、原料ガスの流路を制限すると、より好ましい結果が得られるのではないかと推測した。

そこで、本発明者らはつぎのような工夫を施した。
対向して配置された電極と前記電極の少なくとも一方に誘電体を配置した構成で、その間に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生装置において、オゾン化ガス側の空間を低減してオゾン化ガスのオゾン発生器内に滞在する時間を低減し、かつ放電が発生する電極の少なくとも一方にガス流路を制限する突起体を備え、前記原料ガスが放電空間を均一に流れることによりオゾン化ガスの発生特性を向上させ、オゾン化ガスの熱的分解を抑制するとともに、放電空間および原料ガスを有効に活用する。

すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、対向して配置された電極と前記電極の少なくとも一方に誘電体を配置し、交流高電圧放電操作を行ったときに沿面距離の不足により生じる絶縁破壊が起きないように、前記電極のいずれか一方の電極長さを、他方の電極長さよりも長くあるいは短くして電極端部をそろえない構成で、その対向電極で形成された放電空間内に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管において、オゾン化ガス側の空間の容積を低減する手段をオゾン化ガス側の空間に配置し、固定し、しかも原料ガスの流路を制限する突起体を前記電極の対向する面の間に設けることを特徴とするオゾン発生管である（ただし、前記空間低減部品が前記対向して配置された電極と接触している場合を除く）。
請求項２に係る発明は、円筒接地電極と、その円筒接地電極の内側に空隙を介して同心状に配置した円筒高電圧電極と、前記円筒接地電極と前記円筒高電圧電極の対向する面の少なくとも一方に形成した誘電体層とからなり、前記円筒接地電極の電極長さを電極端部での沿面放電の発生を防止できるよう前記円筒高電圧電極の電極長さよりも長くした構成で、その電極間に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管において、オゾン化ガス側の空間の容積を低減する手段をオゾン化ガス側の空間に配置し、固定し、しかも原料ガスの流路を制限する突起体を前記電極の対向する面と面との間に設け、オゾン化ガスの発生特性を向上させることを特徴とする（ただし、前記空間低減部品が前記同心状に対向して配置された電極と接触している場合を除く）。
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載のオゾン発生管に備える電極表面の突起体がラセン状、分割ラセン状、櫛歯状、尖歯状から選ばれる形状の突起体であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１または２記載のオゾン発生管のオゾン化ガス側の空間に高電圧電極と同様な形状である筐体を備え、オゾン化ガス側の空間の容積を低減することを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１または２記載のオゾン発生管に備え電極表面の突起体がオゾン耐食性金属材料あるいはオゾン耐食性樹脂を用いたことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、対向して配置された電極と前記電極の少なくとも一方に誘電体を配置し、交流高電圧放電操作を行ったときに沿面距離の不足により生じる絶縁破壊が起きないように、前記電極のいずれか一方の電極長さを、電極端部での沿面放電の発生を防止できるよう他方の電極長さよりも長くした構成で、その対向電極で形成された放電空間内に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管と、このオゾン発生管を内蔵する筐体とを備えたオゾン発生装置において、オゾン化ガス側の空間の容積を低減する手段をオゾン化ガス側の空間に配置し、固定し、しかも原料ガスの流路を制限する突起体を前記電極の対向する面の間に設けることを特徴とするオゾン発生装置である（ただし、前記空間低減部品が前記対向して配置された電極と接触している場合を除く）。
請求項７に係る発明は、円筒接地電極と、その円筒接地電極の内側に空隙を介して同心状に配置した円筒高電圧電極と、前記円筒接地電極と前記円筒高電圧電極の対向する面の少なくとも一方に形成した誘電体層とからなり、前記円筒接地電極の電極長さを電極端部での沿面放電の発生を防止できるよう前記円筒高電圧電極の電極長さよりも長くした構成で、その電極間に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管と、このオゾン発生管を内蔵する筐体とを備えたオゾン発生装置において、オゾン化ガス側の空間の容積を低減する手段をオゾン化ガス側の空間に配置し、固定し、しかも原料ガスの流路を制限する突起体を前記電極の対向する面と面との間に設け、オゾン化ガスの発生特性を向上させることを特徴とする（ただし、前記空間低減部品が前記同心状に対向して配置された電極と接触している場合を除く）。
請求項８に係る発明は、請求項６または７記載のオゾン発生装置に備え電極表面の突起体がラセン状、分割ラセン状、櫛歯状、尖歯状から選ばれる形状の突起体であることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、請求項６または７記載のオゾン発生装置のオゾン化ガス側の空間に高電圧電極と同様な形状である筐体を備え、オゾン化ガス側の空間の容積を低減することを特徴とする。
請求項１０に係る発明は、請求項６または７記載のオゾン発生装置に備え電極表面の突起体がオゾン耐食性金属材料あるいはオゾン耐食性樹脂を用いたことを特徴とする。

前記オゾン化ガス側の空間の容積とは、互いに対向して配置された電極間で形成される空間に隣接し、オゾン化ガスが排出される側の対向電極端部を揃えていないときに形成される空間の容積を意味する。とくに円筒状対向電極の場合には、オゾン化ガスが排出される側の円筒接地電極長さと円筒高電圧電極長さとの差に基づいて形成される空間の容積を意味する。

本発明では、オゾン化ガス側の空間の容積を低減する手段をオゾン化ガス側の空間に備える。ここで、オゾン化ガス側の空間とは互いに対向して配置された電極間で形成される空間に隣接し、オゾン化ガスが排出される側の対向電極端部を揃えていないときに形成される空間を意味する。オゾン化ガス側の空間の容積を低減する手段としては、耐オゾン性のある部品（以下、空間低減部品ということがある）をオゾン化ガス側の空間に備える構成を例示することができる。とくにこの空間低減部品をオゾン化ガス側の空間に配置し、固定する構成を挙げることができる。前記空間低減部品としては、耐オゾン性のある絶縁物で形成された部品がより好ましい。
空間低減部品としては、フッ素樹脂、セラミックス、ガラスなどの絶縁性が高い材質を使用できる。この部品の形状は、オゾン化ガス側の空間に配置し、固定したときに、その周囲をオゾン化ガスが円滑に移動できる形状であればとくに限定されないが、たとえば円筒状電極を使用したオゾン発生管に使用する場合には、電極の形状に類似する円筒状の形状が好ましく、圧力損失などの点から、高電圧電極と同じ直径、もしくはそれ以下の直径を有する円筒状の形状がより好ましい。

この空間低減部品をオゾン化ガス側の空間に配置し、固定する手段は特に限定されないのであり、一般的な手段を使用すればよい。なお、前記空間低減部品の表面には誘電体層を設置しておいてもよい。
さらに、両端部に密閉用のフタを備えた径の大きなチューブ状の容器内に複数個の対向電極構造ユニットを備えるオゾン発生器において、オゾン発生器のオゾン化ガス側に取付ける密閉用のフタに、前記空間低減部品を一体化した構造として取付ける構造も可能である
前記オゾン化ガス側の空間を低減する手段を備えたことにより、オゾン化ガスのオゾン発生器内に滞留する時間を低減することを可能とし、その結果オゾン化ガスの分解を抑制することが達成され、オゾン濃度が高いオゾン化ガスを生成することができる。

本発明では、前記オゾン化ガス側の空間の容積を低減する手段をオゾン化ガス側の空間に備えると共に電極の対向する面と面との間に原料ガスの流路を制限する突起体を設けることにより、好ましい効果をもたらす。とくに、オゾン濃度が高いオゾン化ガスを生成させることができるという効果をもたらす。
ここで、原料ガスの流路を制限するとは、放電空間内に供給された原料ガスの流れて行く方向を制限するという意味であり、突起体により原料ガスはその流路が制限される。たとえばラセン状の突起体であれば、原料ガスの流れは突起体のラセン状に沿っていくように、突起体の形状に応じて原料ガスの流れる方向を規制することとなる。また、たとえば櫛歯状の突起体であれば、原料ガスの流れは突起体により妨げられ、突起体の形状に応じて流れる方向を制限することとなる。
突起体の形状やその配置された部位などにより、原料ガスはその突起体に沿ってほぼ均一に流れ、オゾン生成に好ましくない影響を与えるほどの偏流を生じさせることなく流れるようにすることができ、また、原料ガスは、突起体と衝突し、流れの方向を変え、オゾン生成に好ましくない影響を与えるほどの偏流を生じさせることなく流れるようにすることができる。

とくに突起体が分割されていないラセン状であるときには、原料ガスがラセン状の突起体にそって放電空隙内を均一に流通できる。その結果、原料ガスはほぼ実質的に偏流が無くなり、電極の全面で均一な放電が生じるので、オゾン発生効率を向上することができる。ラセン状通路の間隔はとくに制限されない。
前記突起体は電極の長手方向に連続体として配置してもよい（図４の（ａ））。この連続体の数はとくに制限されない。前記突起体は円筒電極の長手方向に対して所定の間隔で設けられたギャップスペーサでもよい。
この場合も、原料ガスがラセン状の突起体にそって放電空隙内を均一に流通できる。その結果、原料ガスはほぼ実質的に偏流が無くなり、電極の全面で均一な放電が生じるので、オゾン発生効率を向上することができる。

前記突起体は分割されたラセン状（たとえば図５）、櫛歯状（たとえば図６や図７）、尖歯状（たとえば図８）から選ばれる形状の突起体であってもよい。
前記分割されたラセン状の突起体は、電極表面にラセン状であって、その一部が取り除かれた形状の突起体ある（たとえば図５）。取り除かれる部位、その長さ、あるラセンと、そのラセンの次のラセンとの間の間隔などは、所期の目的を達成できる限りとくに制限されない。

前記櫛歯状の突起体は、電極表面に櫛の歯状の突起体を設けたものであり、その櫛の歯の方向は長手方向や円周方向など任意である（たとえば図６や図７）。櫛歯の形状、その長さ、その配置場所などは、所期の目的を達成できる限りとくに制限されない。
前記尖歯状の突起体は、電極表面にＶの字状の突起体など先が尖った形状の突起体を設けたものであり、その櫛の歯の方向は長手方向や円周方向など任意である（たとえば図８）。尖歯の形状、その長さ、その配置場所などは、所期の目的を達成できる限りとくに制限されない。

突起体はオゾン耐食性金属材料あるいはオゾン耐食性樹脂を用いて形成され、とくにステンレス、ニッケル、クロムなどの金属材料やオゾン耐食性であって、耐酸性、薬品性の樹脂か好ましい。
そのなかでも、SUS製の金属膜あるいは断面形状が矩形状または円形状のSUS製の針金がとくに好ましい。

前記突起体を形成する方法はとくに限定されない。その形成方法の例として、たとえば、SUS製の針金を高電圧電極の外周にラセン状に巻き付けることにより容易に突起対を形成することができる。また、フィルム上に所定の突起体を形成し、そのフィルムを電極に巻きつけ、焼き付けることにより電極表面に突起体を形成することができる。その他、突起体の素材からなる転写体(紙)で突起体を予め作製し、次いでそれを電極表面に転写して突起体を電極表面に形成する方法を採用してもよい。

本発明で言うオゾン発生管の構成要素である、接地電極、高電圧電極、誘電体、交流高電圧電源などはとくに制限されないのであり、一般的なものを使用することができる。また、そのオゾン発生管やそれを内蔵する筐体も一般的なものを使用することができる。
本発明では、オゾン発生管あるいはそれを有するオゾン発生装置において、電極を冷却する手段をさらに備えると、生成したオゾン化ガスの分解がさらに抑制され、好ましい結果がもたらされる。ここで、冷却手段はオゾン発生管あるいはそれを有するオゾン発生装置において従来から用いられている一般的な冷却装置を用いればよく、冷媒も一般的な冷媒を用いればよい。また、原料ガスを供給する方法、交流高電圧を印加する方法などは一般的な方法を採用すればよい。

本発明により、オゾン化ガス側の空間を低減してオゾン化ガスのオゾン発生器内に滞在する時間を低減し、しかも原料ガスが放電空間を均一に流れるようにすることが可能となる。このことによりオゾン化ガスの発生特性を向上させ、オゾン化ガスの分解を抑制でき、結局オゾン濃度の高いオゾン化ガスを生成することができる。また、供給される原料ガスは全放電空間にわたって通過することになり、実質的に原料ガスの偏流がなくなり、不均一なオゾン発生を防ぐことができ、高濃度のオゾンを効率よく発生させることが可能になる。

発明の実施の形態

以下、本発明を図を参照しながら詳細に説明する。
図１に本発明のオゾン発生管の要部の一例を示す。
オゾン発生管の対向電極は、放電空間６側に誘電体３を配置した円筒接地電極１と、放電空間６を介して該円筒接地電極１と同心状に設置した円筒高電圧電極２とからなり、円筒高電圧電極２の表面にラセン形状の突起体８が設けられ、しかも放電空間６のオゾン化ガス５側に高電圧電極と同様な形状を有する耐オゾン性のある絶縁物から構成される空間低減部品９を配置した構成である。ラセン形状の突起体８は高電圧電極の素材と同じ素材で形成されることが望ましい。このラセン形状の突起体８は一つの連続体で電極表面に設けられてもよいし、たとえば２〜４本など複数本の連続体で設けられていてもよい。
前記接地電極と高電圧電極とは電源７により電気的に接続されており、電源７が前記接地電極と高電圧電極間に交流高電圧を印加して、放電空間６において無声放電を発生させる。

オゾン発生管内に供給される酸素を含んだ原料ガス４は円筒高電圧表面に設けられたラセン形状の突起体８に沿って放電空間６内を均一に流れる。放電空間６内に流入した原料ガス４は、含まれている酸素が放電空間６内に生じている均一な無声放電により、オゾン化ガス５が生成される。その反応は前述した反応式（１）（２）によると思われる。放電空間６のオゾン化ガス側には、空間低減部品９が設置されている。オゾン化ガス側の空間は低減されているため、生成されたオゾン化ガスはオゾン発生器内に長持間滞在することなく排出され、オゾン発生器内でのオゾン分解は抑制される。
オゾン発生器のオゾン化ガス側に取付ける密閉用のフタに、空間低減部品９を一体化した構造として取付ける構造も可能である。
なお、少なくとも一方の電極について、冷媒を用いて冷却する装置（図示してない）にて電極を冷却することにより、オゾン化ガスの分解を抑制し、オゾン発生特性を向上させることが可能となる。

図２に本発明のオゾン発生管に備える対向電極の一例を示す。すなわち、図２は二つの連続したラセン状の突起体８を配した対向電極の一方からみた平面図と円筒高電圧電極２の側面図を示す。対向電極は、円筒高電圧電極２の表面にラセン形状の突起体８が設けられ、放電空間を介して円筒接地電極１が配置されている構成である。ラセン状の突起体８は永久歪みの生じにくい材料で、耐オゾン性に優れる、ステンレス、ニッケル、クロムなどの金属薄膜である。

図３に本発明のオゾン発生管の要部であって図１と異なる例を示す。
図３では、図１の対向電極構造と類似する構造の対向電極を一つの電極ユニットとすると、電極ユニットを複数本組み合わせたときの構成であり、誘電体３の配置が円筒高電圧電極２側に配置された構成であるが、基本的構成は図１と同様である。図３では、円筒高電圧電極２と円筒接地電極１で構成された電極ユニット毎に、円筒高電圧電極２の表面には、ラセン形状の突起体８が設けられ、オゾン化ガス側の空間に空間低減部品９が設置されている。

接地電極１と高電圧電極２表面の誘電体表面との間の放電空間に、酸素を含んだ原料ガス４が供給され、円筒高電圧電極２の表面に設けられたラセン形状の突起体８に沿って放電空間６内を原料ガス４が均一に流れるとともにオゾン化ガス側の空間に接地された空間低減部品９によりオゾン化ガス側の空間が低減されているので、原料ガスに均一に放電されるとともにオゾン化ガスの分解が抑制され、オゾン化ガスが高濃度に生成される。
前記電極ユニットが複数本となる場合、オゾン発生器はチューブ型、あるいは角柱型パイプ（内側は空洞）（図示されていない）の容器（図示されていない）に、前記電極ユニットが備え付けられており、前記チューブあるいはパイプの両端に扉（図示されていない）をつけた構造でオゾン発生器が構成されている。よって、各電極ユニットに、空間低減部品９を配置するのではなく、オゾン化ガス側の扉（図示されていない）に放電空間低減部品を取付けた扉の構成によっても同様の効果を得ることができる。
なお、少なくとも一方の電極について、冷媒を用いて冷却する装置（図示してない）にて電極を冷却することにより、オゾン化ガスの分解を抑制し、オゾン発生特性を向上させることが可能となる。

図４に本発明のオゾン発生管の要部であって前記と異なる例を示す。
図４では、突起体８の取付け形状を原料ガス流れ方向に平行にした場合のもので、基本的な構成は図１と同様である。すなわち、放電空間６側に誘電体３を配置した円筒接地電極１と、放電空間６を介して該円筒接地電極１との間に、４本の板状の突起体８を原料ガス流れ方向に平行に設ける構造をとり、しかも放電空間６のオゾン化ガスガス５側に高電圧電極と同様な形状を有する耐オゾン性のある絶縁物から構成される空間低減部品９を配置した構成である。
なお、少なくとも一方の電極について、冷媒を用いて冷却する装置（図示してない）にて電極を冷却することにより、オゾン化ガスの分解を抑制し、オゾン発生特性を向上させることが可能となる。

図５〜図８に本発明の突起体の具体例を示す。
図５に前記と異なる原料ガスの流路を制限する突起体８を表面に設けた円筒高電圧電極２と円筒接地電極１とから構成される対向電極の例を示す。すなわち、二本の分割したラセン状の突起体８を配した対向電極の一方からみた平面図と円筒高電圧電極２の側面図を示す。対向電極は、円筒高電圧電極２の表面に分割したラセン形状の突起体８が設けられ、放電空間を介して円筒接地電極１が配置されている構成である。前記突起体８は、下段の突起体の間隔と重ならないようにずらして配している。

図６に前記と異なる原料ガスの流路を制限する突起体８を表面に設けた円筒高電圧電極２と円筒接地電極１とから構成される対向電極の例を示す。すなわち、八本の長手方向の櫛歯状の突起体を高電圧電極２の長手方向に配した対向電極の一方からみた平面図と円筒高電圧電極の側面図を示す。対向電極は、円筒高電圧電極２の表面に櫛歯状の突起体８が設けられ、放電空間を介して円筒接地電極１が配置されている構成である。前記突起体は８、下段の突起体８の間隔と重ならないようにずらして配している。

図７に前記と異なる原料ガスの流路を制限する突起体８を表面に設けた円筒高電圧電極２と円筒接地電極１とから構成される対向電極の例を示す。すなわち、高電圧電極２の円周方向に配した櫛歯状の突起体８を配した対向電極の一方からみた平面図と円筒高電圧電極の側面図を示す。対向電極は、円筒高電圧電極２の表面に櫛歯状の突起体８が設けられ、放電空間を介して円筒接地電極１が配置されている構成である。前記突起体は、下段の突起体の間隔と重ならないようにずらして配している。

図８に前記と異なる原料ガスの流路を制限する突起体８を表面に設けた円筒高電圧電極２と円筒接地電極１とから構成される対向電極の例を示す。すなわち、高電圧電極２の表面に尖歯状の突起体８（Vの字形状をした突起体）を配した対向電極の一方からみた平面図と円筒高電圧電極の側面図を示す。対向電極は、円筒高電圧電極２の表面に尖歯状の突起体８が設けられ、放電空間を介して円筒接地電極１が配置されている構成である。

図９（Ｉ）（図９の上の図）に従来から使用されているオゾン発生器を使用してオゾン化ガスを生成したときのオゾン化ガスのオゾン濃度と、オゾン化ガス側の空間低減部品を設置したオゾン発生器を使用してオゾン化ガスを生成したときのオゾン化ガスのオゾン濃度と、電極表面にラセン状の突起体を取付けたオゾン発生器を使用してオゾン化ガスを生成したときのオゾン化ガスのオゾン濃度と、実施例１のオゾン発生器が使用されているオゾン発生器を使用してオゾン化ガスを生成したときのオゾン化ガスのオゾン濃度との比較を示す。なお、図９（ＩＩ）（図９の下の図）には、それぞれの対向電極の構成を模式的に示した。
試験条件は下記のとおりである。
図９（ＩＩ）に示されるように、従来例としての三種のオゾン発生器と本発明品のオゾン発生器を使用した。対向電極（ギャップ長は０．５ｍｍ）を有するオゾン発生器の放電空間に空気を０．２５ＭＰａで供給した。電源から交流電圧を印加し、供給される空気を放電処理し、オゾンを発生させた。なお、円筒接地電極を１５℃に冷却した。なお、図９（Ｉ）では電力密度Ｗ／Ｑ（Ｗは電力を、Ｑは流量を示す）とオゾン濃度（ｇ/Ｎｍ^３）の関係を示す。
図９（Ｉ）から明らかなように、オゾン化ガス空間側に空間低減部８を設置することにより、オゾン発生特性が向上していることが明らかである。図９（Ｉ）では空気を用いて試験したが、酸素を用いて試験してもほぼ同じ傾向が得られる。

図１０に記載されたグラフは本発明でいう突起体を電極表面に設けた対向電極を備えるオゾン発生装置を用いてオゾン化ガスを発生させたときの結果を示すグラフである。0.2mmのギャップを持つオゾン発生器において、従来から行われている点で保持したギャップスペーサを用いた場合と、スパイラル状、櫛歯状、尖歯状の突起体を設けた場合のオゾン濃度を測定したものを示す。前記形状の突起体を用いる事により、発生オゾン濃度300g/Nm³を達成する事が出来る。なお、図１０のグラフは従来方式（肉盛スペーサ）、突起体としてラセン状、分割ラセン状、櫛歯状（長手方向）、櫛歯状（円周方向）、尖歯状のものを使用したときの結果を示し、従来方式を１としたときの夫々のオゾン濃度（相対濃度）を示す。

以上の記載から、本発明を次のように記載することもできる。
（１）対向して配置された電極の少なくとも一方の電極表面に誘電体を配置した構成で、その対向電極で形成された放電空間内に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管を使用してオゾン化ガスを生成する方法において、酸素を含む原料ガスが供給される空間であって、オゾン化ガス側の空間の容積を低減する手段をオゾン化ガス側の空間に備える工程、および電極の対向する面の間に前記供給される原料ガスが放電空間内を均一に流れるように突起体を設ける工程を含むことを特徴とするオゾン生成方法。
（２）対向して配置された電極の少なくとも一方の電極表面に誘電体を配置した構成で、その対向電極で形成された放電空間内に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管と、このオゾン発生管を内蔵する筐体とを備えたオゾン発生装置を使用してオゾン化ガスを生成する方法において、酸素を含む原料ガスが供給される空間であって、オゾン化ガス側の空間の容積を低減する手段をオゾン化ガス側の空間に備える工程、および電極の対向する面の間に前記供給される原料ガスが放電空間内を均一に流れるように突起体を設ける工程を含むことを特徴とするオゾン生成方法。

（３）両端が開口された円筒接地電極と、その円筒接地電極の内側に空隙を介して同心状に配置した円筒高電圧電極と、前記円筒接地電極と円筒高電圧電極の対向する面の少なくとも一方に形成した誘電体層とからなり、前記円筒接地電極の電極長さを電極端部での沿面放電の発生を防止できるよう前記円筒高電圧電極の電極長さよりも長くした構成で、その電極間に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管において、前記互いに対向して配置された電極間で形成される空間に隣接し、オゾン化ガスが排出される側の対向電極端部を揃えていないときに形成されるオゾン化ガス側の空間に、そのオゾン化ガス側の空間の容積を低減する手段を備え、しかも原料ガスの流路を制限する突起体を前記電極の対向する面の間に設け、オゾン化ガスの発生特性を向上させることを特徴とするオゾン発生管。
（４）両端が開口された円筒接地電極と、その円筒接地電極の内側に空隙を介して同心状に配置した円筒高電圧電極と、前記円筒接地電極と円筒高電圧電極の対向する面の少なくとも一方に形成した誘電体層とからなり、前記円筒接地電極の電極長さを電極端部での沿面放電の発生を防止できるよう前記円筒高電圧電極の電極長さよりも長くした構成で、その電極間に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管と、このオゾン発生管を内蔵する筐体とを備えたオゾン発生装置において、前記互いに対向して配置された電極間で形成される空間に隣接し、オゾン化ガスが排出される側の対向電極端部を揃えていないときに形成されるオゾン化ガス側の空間に、そのオゾン化ガス側の空間の容積を低減する手段を備え、しかも原料ガスの流路を制限する突起体を前記電極の対向する面の間に設け、オゾン化ガスの発生特性を向上させることを特徴とするオゾン発生装置。

図１は本発明のオゾン発生装置の要部の概念図である。図２は本発明の前記と異なる対向電極の平面図と側面図である。図３は本発明の図１と異なるオゾン発生装置の要部の概念図である。図４は本発明の前記と異なるオゾン発生装置の要部の概念図である。図５は本発明の前記と異なる突起体を有する対向電極の平面図と側面図である。図６は本発明の前記と異なる突起体を有する対向電極の平面図と側面図である。図７は本発明の前記と異なる突起体を有する対向電極の平面図と側面図である。図８は本発明の前記と異なる突起体を有する対向電極の平面図と側面図である。図９（Ｉ）は本発明のオゾン発生管を使用してオゾン化ガスを生成させたときの実験結果を示すグラフであり、図９（ＩＩ）はその実験に用いたそれぞれの対向電極の構成を示す模式図である。図１０は本発明の前記と異なるオゾン発生管を使用してオゾン化ガスを生成させたときの実験結果を示す図である。図１１は従来から知られているオゾン発生装置の横断面図である。図１２は従来から知られている前記と異なるオゾン発生装置の横断面図である。図１３は従来から知られている対向電極の放電ギャップ保持法を示す概念図である。図１４は従来から知られているオゾン発生装置に備えられた対向電極のギャップ長に対するオゾン発生特性を示す図である。

符号の説明

１．円筒接地電極
２．円筒高電圧電極
３．誘電体
４．原料ガス
５．オゾン化ガス
６．放電空間
７．電源
８．突起体
９．空間低減部品
１１．肉盛ギャップスペーサ

Claims

対向して配置された電極と前記電極の少なくとも一方に誘電体を配置し、交流高電圧放電操作を行ったときに沿面距離の不足により生じる絶縁破壊が起きないように、前記電極のいずれか一方の電極長さを、他方の電極長さよりも長くあるいは短くして電極端部をそろえない構成で、その対向電極で形成された放電空間内に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管において、耐オゾン性のある空間低減部品をオゾン化ガス側の空間に配置し、固定し、しかも原料ガスの流路を制限する突起体を前記電極の対向する面の間に設けることを特徴とするオゾン発生管（ただし、前記空間低減部品が前記対向して配置された電極と接触している場合を除く）。
両端が開口された円筒接地電極と、その円筒接地電極の内側に空隙を介して同心状に配置した円筒高電圧電極と、前記円筒接地電極と前記円筒高電圧電極の対向する面の少なくとも一方に形成した誘電体層とからなり、前記円筒接地電極の電極長さを電極端部での沿面放電の発生を防止できるよう前記円筒高電圧電極の電極長さよりも長くした構成で、その電極間に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管において、耐オゾン性のある空間低減部品をオゾン化ガス側の空間に配置し、固定し、しかも原料ガスの流路を制限する突起体を前記電極の対向する面の間に設けることを特徴とするオゾン発生管（ただし、前記空間低減部品が前記同心状に対向して配置された電極と接触している場合を除く）。
突起体が円筒電極の長手方向に対して所定の間隔で設けられたギャップスペーサであることを特徴とする請求項１または２記載のオゾン発生管。
突起体がラセン状、分割ラセン状、櫛歯状、尖歯状から選ばれる形状の突起体であることを特徴とする請求項１または２記載のオゾン発生管。
突起体がオゾン耐食性金属材料あるいはオゾン耐食性樹脂を用いて形成されたことを特徴とする請求項１または２記載のオゾン発生管。
対向して配置された電極と前記電極の少なくとも一方に誘電体を配置し、交流高電圧放電操作を行ったときに沿面距離の不足により生じる絶縁破壊が起きないように、前記電極のいずれか一方の電極長さを、電極端部での沿面放電の発生を防止できるよう他方の電極長さよりも長くした構成で、その対向電極で形成された放電空間内に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管と、このオゾン発生管を内蔵する筐体とを備えたオゾン発生装置において、耐オゾン性のある空間低減部品を低減する手段をオゾン化ガス側の空間に配置し、固定し、しかも原料ガスの流路を制限する突起体を前記電極の対向する面の間に設けることを特徴とするオゾン発生装置（ただし、前記空間低減部品が前記対向して配置された電極と接触している場合を除く）。
両端が開口された円筒接地電極と、その円筒接地電極の内側に空隙を介して同心状に配置した円筒高電圧電極と、前記円筒接地電極と前記円筒高電圧電極の対向する面の少なくとも一方に形成した誘電体層とからなり、前記円筒接地電極の電極長さを電極端部での沿面放電の発生を防止できるよう前記円筒高電圧電極の電極長さよりも長くした構成で、その電極間に酸素を含む原料ガスを供給しながら、交流高電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管と、このオゾン発生管を内蔵する筐体とを備えたオゾン発生装置において、耐オゾン性のある空間低減部品をオゾン化ガス側の空間に配置し、固定し、しかも原料ガスの流路を制限する突起体を前記電極の対向する面の間に設けることを特徴とするオゾン発生装置（ただし、前記空間低減部品が前記同心状に対向して配置された電極と接触している場合を除く）。
突起体が長手方向に対して所定の間隔で設けられたギャップスペーサであることを特徴とする請求項６または７記載のオゾン発生装置。
突起体がラセン状、分割ラセン状、櫛歯状、尖歯状から選ばれる形状の突起体であることを特徴とする請求項６または７記載のオゾン発生装置。
突起体がオゾン耐食性金属材料あるいはオゾン耐食性樹脂を用いて形成されたことを特徴とする請求項６または７記載のオゾン発生装置。