JP7846562B2 - オゾナイザ及びオゾン発生システム - Google Patents

Description

本発明は、無声放電を発生させてオゾンを生成するオゾナイザ及びオゾン発生システムに関する。

従来から、高圧電極と接地電極の間に誘電体を設置し、誘電体と接地電極に微小な隙間（放電空間）を設けて無声放電を発生させるオゾナイザが知られている。このようなオゾナイザでは、この微小な隙間に酸素や空気を通すことで、酸素分子をオゾン分子にすることでオゾンを生成する。

これに関し、特許文献１には、金属材料あるいは樹脂材料を折り曲げ加工して作製したスペーサ（ギャップスペーサ）を用いて、微小な隙間（放電空間）を均一に保持する技術が開示されている。

特開２００５－１７９１０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、微小な隙間を設けるためにスペーサを配置する必要があるため、オゾナイザの部品点数が多くなり、生産性の向上やコスト削減を図ることができないという問題が生じていた。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を少なくして、生産性の向上やコスト削減を図ることができるオゾナイザ及びオゾン発生システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第一態様に係るオゾナイザは、一方の電極と、前記一方の電極と対向する他方の電極と、前記一方の電極と前記他方の電極の間に設けられた誘電体であり、当該他方の電極と対向する面に凹部が設けられ、当該一方の電極に電圧が印加されることで、当該凹部及び当該他方の電極の間に形成された放電空間に放電を発生させる誘電体と、を備える。

また、本発明の第二態様に係るオゾナイザは、一方の電極と、前記一方の電極と接触する誘電体と、前記誘電体を挟んで前記一方の電極とは異なる側に設けられた他方の電極であり、当該誘電体と対向する面に凹部が設けられ、当該一方の電極に電圧が印加されることで、当該凹部及び当該誘電体の間に形成された放電空間に放電を発生させる他方の電極と、を備える。

また、本発明の第三態様では、前記誘電体は、前記凹部以外の箇所において前記他方の電極と接触している。

また、本発明の第四態様では、前記凹部は、略水平に設けられている。

また、本発明の第五態様では、前記凹部の深さは、０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。

また、本発明の第六態様に係るオゾンガス発生システムは、前記オゾナイザを複数備え、各オゾナイザが直列に接続されている。

本発明によれば、部品点数を少なくすることができ、生産性の向上やコスト削減を図ることができる。

オゾン発生システムの全体構成の一例を示す図である。 本実施形態に係るオゾナイザの外観の一例を示す図である。（Ａ）は、本実施形態に係るオゾナイザの平面図である。また、（Ｂ）は、本実施形態に係るオゾナイザの底面図である。 図２（Ｂ）に示した本実施形態に係るオゾナイザのＡ－Ａ断面図である。 図３に示した本実施形態に係るオゾナイザのＢ－Ｂ断面図である。 図３に示した放電空間等の断面の拡大概略図である。特に、（Ａ）は、誘電体の平面領域に設けられた凹部の一部を放電空間とした一例（具体例１）を示す拡大概略図である。また、（Ｂ）は、接地電極の平面領域に設けられた凹部の一部を放電空間とした一例（具体例２）を示す拡大概略図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態（以下、「本実施形態」という。）について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素及びステップに対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

＜全体構成＞
図１は、オゾン発生システム１の全体構成の一例を示す図である。

図１に示すように、オゾン発生システム１は、筐体内にオゾナイザ集合体１０を複数、例えば４つ備えている。なお、図１では、オゾン発生システム１の筐体上面を取り外して内部構造を示している。

オゾナイザ集合体１０は、無声放電を発生させてオゾンを生成するオゾン生成装置であり、そのケーシングの中に図２に示すオゾナイザ１０Ａを１～３個、例えば３個内包している。

＜オゾナイザ１０Ａの構成＞
図２は、本実施形態に係るオゾナイザ１０Ａの外観の一例を示す図である。図２（Ａ）は、本実施形態に係るオゾナイザ１０Ａの平面図である。また、図２（Ｂ）は、本実施形態に係るオゾナイザ１０Ａの底面図である。図３は、図２（Ｂ）に示した本実施形態に係るオゾナイザ１０ＡのＡ－Ａ断面図である。図４は、図３に示した本実施形態に係るオゾナイザ１０ＡのＢ－Ｂ断面図である。

図２乃至図４に示すように、本実施形態に係るオゾナイザ１０Ａは、例えば、高圧電源線１２と、放熱シート１４と、放熱フィン１６と、一方の電極としての高圧電極１８と、誘電体２０と、他方の電極としての接地電極２２と、放電空間２４Ｂと、Ｏリング２６と、オリフィス２８と、を備える。

高圧電源線１２は、不図示の電源と高圧電極１８とに電気的に接続されており、高圧電極１８に高電圧を印加して、放電空間２４Ｂにおいて無声放電を発生させる機能を有する。また、例えば、高圧電源線１２と放熱フィン１６の間は、ポリ塩化ビニル製やフッ素樹脂系のチューブ等により絶縁されることにより、放熱フィン１６等への外部放電が抑えられる。

放熱シート１４は、無声放電により発生した熱を放熱フィン１６に伝熱（熱伝導）する機能を有する。例えば、放熱シート１４の素材は、熱伝導率が高く、多少の柔軟性のあるシリコンが適している。本実施形態では、放熱シート１４には、熱伝導ギャップパッドが用いられている。

放熱フィン１６は、無声放電により発生した熱を、放熱シート１４を介して、外気放熱する機能を有する。例えば、放熱フィン１６は、アルミニウムによって構成されているヒートシンクが挙げられる。このヒートシンクには、例えば、外気に触れる部分に複数のフィンが設けられている。オゾナイザ１０Ａは、放熱シート１４及び放熱フィン１６による放熱によって、安定した量のオゾンガスを生成することができる。

高圧電極１８は、当該誘電体２０と放熱シート１４とに接触して挟まれている。この高圧電極１８の材料としては、例えば、伝導率の高い銅やアルミ、鉄等が挙げられる。本実施形態では、高圧電極１８は略円柱状の銅箔である。

誘電体２０は、高圧電極１８と接地電極２２との間に設けられている。この誘電体２０は、接地電極２２と対向する平面領域を有し、対向する接地電極２２との隙間である放電空間２４Ｂにおいて無声放電を発生させる。誘電体２０の材料としては、例えば、セラミックやガラス、雲母等が挙げられる。本実施形態では、誘電体２０は、平板であって、平面領域が高圧電極１８（銅箔）の幅よりも広い略正方形状である。また、本実施形態では、放熱シート１４と放熱フィン１６によって誘電体２０が固定されることにより、乾燥空気やオゾンガスに所定の圧力がかけられている場合でも、誘電体２０は変形することなく、安定したオゾンガスの生成に貢献される。

接地電極２２は、高圧電極１８及び誘電体２０と対向して設けられている。この接地電極２２は、誘電体２０と対向する平面領域を有し、対向する誘電体２０との隙間である放電空間２４Ｂにおいて無声放電を発生させる。接地電極２２の材料としては、オゾンによる腐食が起こりにくい、チタンやステンレスが挙げられる。本実施形態では、接地電極２２は、平板であって、平面領域が誘電体２０の幅よりも広い略正方形状である。

放電空間２４Ｂは、誘電体２０と接地電極２２との間に形成された空間（隙間）である。また、放電空間２４Ｂは、入口から流入する乾燥空気や酸素をオゾンガスに変換して、当該オゾンガスを出口に吐出する一対の流通孔の一部（中心部）である。放電空間２４Ｂでは、高圧電極１８に高電圧が印加されることにより無声放電が発生し、オゾンガスが生成される。例えば、放電空間２４Ｂには、入口から所定の圧力（例えば、１０Ｋｐａ以上２００Ｋｐａ以下）がかけられた乾燥空気や酸素が流入し、無声放電によって酸素分子の一部がオゾン分子に変換されることで、オゾンガスが出口から吐出される。

Ｏリング２６は、所定の圧力がかけられた乾燥空気やオゾンガスの漏出を防止するシール機能を有する。本実施形態では、Ｏリング２６は、接地電極２２に設けられた円形の凹部に配置されているため、耐オゾン性の高い（コストが高い）シール剤を塗布する手間が不要であり、塗布されたシール剤が固着するまでの時間コストも不要になる。

オリフィス２８は、放電空間２４Ｂにおいて発生したオゾンガスの流量や圧力を制御する機能を有する。このオリフィス２８は、放電空間２４Ｂで生成されたオゾンガスが吐出される出口に設けられている。このオリフィス２８によって、オゾナイザ１０Ａは、一定のオゾン発生量を確保することができる。オリフィス２８は、不図示の配管を介して、オゾン発生システム１における他のオゾナイザ１０Ａの入口に接続されている。すなわち、複数のオゾナイザ１０Ａがオゾナイザ集合体１０内で直列に連結されている。

＜放電空間２４Ｂの構成＞
図５は、図３に示した放電空間２４Ｂ等の断面の拡大概略図である。特に、図５（Ａ）は、誘電体２０の平面領域に設けられた凹部２４Ａの一部を放電空間２４Ｂとした一例（具体例１）を示す拡大概略図である。また、図５（Ｂ）は、接地電極２２の平面領域に設けられた凹部２４Ａの一部を放電空間２４Ｂとした一例（具体例２）を示す拡大概略図である。

（具体例１）
具体例１に係るオゾナイザ１０Ａでは、図５（Ａ）に示すように、誘電体２０の底面、すなわち接地電極２２と対向する平面に略水平な凹部２４Ａが設けられている。この凹部２４Ａと接地電極２２との間に形成される空間が放電空間２４Ｂとされ、高圧電極１８に電圧が印加されることで当該放電空間２４Ｂに放電を発生させる。なお、誘電体２０は、凹部２４Ａ以外の箇所において接地電極２２と接触（密着）している。

（具体例２）
具体例２に係るオゾナイザ１０Ａでは、図５（Ｂ）に示すように、誘電体２０を挟んで高圧電極１８とは異なる側に設けられた接地電極２２の上面、すなわち誘電体２０と対向する接地電極２２の平面に略水平な凹部２４Ａが設けられている。この凹部２４Ａと誘電体２０との間に形成される空間が放電空間２４Ｂとされ、高圧電極１８に電圧が印加されることで当該放電空間２４Ｂに放電を発生させる。なお、誘電体２０は、凹部２４Ａ以外の箇所において接地電極２２と接触（密着）している。

具体例１及び具体例２において、凹部２４Ａは、例えば、掘り込み加工が施されることによって設けられる。凹部２４Ａの正面視の形状は、略正方形状、略菱形、又は、略円形等が挙げられる。例えば、凹部２４Ａの形状が略正方形状であれば、乾燥空気やオゾンガスが流れる一対の流通孔を複雑な形状にする必要がないため、容易に形成することができる。また、誘電体２０や接地電極２２の平面を略正方形状とした場合は、９０度ずらしても組み立てることができるため、生産性の向上を図ることができる。また、無放電領域（凹部２４Ａにおいて高圧電極１８と対向する領域以外の領域）を最小限にできるため、オゾナイザ１０Ａをコンパクトにすることができる。

ここで、誘電体２０の高さＤ１は、誘電体２０の強度を確保するという観点から０．１ｍｍ以上が好ましく、高圧電極１８に印加する電圧が高くなりすぎることを抑制するという観点から２．０ｍｍ以下が好ましい。また、誘電体２０の高さＤ１は、誘電体２０の強度を高めるという観点から、０．２ｍｍ以上であることがより好ましく、０．８ｍｍ以上であることが更に好ましい。また、誘電体２０の高さＤ１は、高圧電極１８に印加する電圧を適正値にするという観点から、１．０ｍｍ以下であることがより好ましく、０．５ｍｍ以下であることが更に好ましい。

放電空間２４Ｂの高さＤ２（凹部２４Ａの深さ）は、誘電体２０又は接地電極２２が組立時の力や温度による変形や公差により微小変化しても対向する面に引っ付くことを抑制するという観点から０．２ｍｍ以上が好ましく、また、放電空間が広くなりすぎると放電電圧を高くする必要がある為、０．６ｍｍ以下が好ましい。

接地電極２２の高さＤ３は、Oリングを抑えても変形しない様に３．０ｍｍ以上であることが好ましく、強度とコストのバランスを考慮して５．０ｍｍ以下が好ましい。

＜効果＞
以上、本実施形態では、オゾナイザ１０Ａは、高圧電極１８と、高圧電極１８と対向する接地電極２２と、高圧電極１８と接地電極２２の間に設けられた誘電体２０であり、当該接地電極２２と対向する面に凹部２４Ａが設けられ、当該高圧電極１８に電圧が印加されることで、当該凹部２４Ａ及び当該接地電極２２の間に形成された放電空間２４Ｂに放電を発生させる誘電体２０と、を備える。
この構成によれば、誘電体２０に凹部２４Ａを設けることで放電空間２４Ｂを形成するため、オゾナイザ１０Ａの部品点数を少なくすることができる。従って、従来、放電空間確保のために設けていたスペーサは常時オゾンに暴露されるので耐オゾン性のテフロン（登録商標）、ガラス、塩ビ等の材質を選択する必要があるところ、本実施形態では誘電体２０で放電空間２４を形成するので、オゾンによる悪影響を受けることなく適切な距離を保つこと、異材間のシールを多重に行わなくても良いことから、信頼性が高く生産性の向上とコスト削減を図ることができる。また、放電空間２４Ｂにスペーサが存在しないため、放電空間２４Ｂの全体でオゾンを発生することができ、オゾナイザ１０Ａの性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、オゾナイザ１０Ａは、高圧電極１８と、高圧電極１８と接触する誘電体２０と、誘電体２０を挟んで高圧電極１８とは異なる側に設けられた接地電極２２であり、当該誘電体２０と対向する面に凹部２４Ａが設けられ、当該高圧電極１８に電圧が印加されることで、当該凹部２４Ａ及び当該誘電体２０の間に形成された放電空間２４Ｂに放電を発生させる接地電極２２と、を備える。
この構成によれば、接地電極２２に凹部２４Ａを設けることで放電空間２４Ｂを形成するため、オゾナイザ１０Ａの部品点数が少なくなること、接地電極２２は金属製である為、セラミック製の誘電体よりも加工精度が高く、放電空間２４Ｂを正確に確保したうえでコスト削減を図ることができる。また、放電空間２４Ｂにスペーサが存在しないため、放電空間２４Ｂの全体でオゾンを発生することができ、オゾナイザ１０Ａの性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、誘電体２０は、凹部２４Ａ以外の箇所において接地電極２２と接触している。
この構成によれば、放電空間２４Ｂを形成するためにスペーサを設ける場合に比べて、放電空間２４Ｂの高さＤ２の精度を高めることができる。

また、本実施形態では、凹部２４Ａは、略水平に設けられている。
この構成によれば、乾燥空気やオゾンガスが流れる一対の流通孔を複雑な形状にする必要がないため、容易に形成することができる。

また、本実施形態では、凹部２４Ａの深さは、０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。
この構成によれば、誘電体２０又は接地電極２２が対向する面に引っ付くことを抑制することができるとともに、高さ方向が微小空間の方が効率良くオゾンが発生することができる。

また、本実施形態では、オゾンガス発生システム１は、オゾナイザ１０Ａを複数備え、各オゾナイザ１０Ａが直列に接続されている。
この構成によれば、複数のオゾナイザ１０Ａを備えるオゾンガス発生システム１において、濃度の高いオゾンガスを効率的に生成できる。

＜変形例＞
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。すなわち、上記施形態に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、上記実施形態及び後述する変形例が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

例えば、上記実施形態では、誘電体２０や接地電極２２の平面領域に、高さＤ２の凹部２４Ａを略水平に設ける場合を説明したが、上記平面領域に対する水平投影面積をそのままとし、放電距離（高さＤ２）を均等にして有効な放電面積が広がるように、略水平以外の形状にしてもよい。例えば、凹部２４Ａは、加工がしやすい波型や山型、すり鉢型、蛇腹型とし、対抗する接地電極２２も同形状（実質放電特性が変わらない略同様形状も含む）してもよい。この場合、高さＤ２の最小値と最大値は、上述した０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲内であることが好ましく、放電面積の拡大による放電空間への内圧確保の観点から、放電面積の増加に応じて適宜内圧を増加させたり、内圧増加に代えて放電電流値を増加させてもよいし、これらを併用してもよい。これによれば、コンパクトなオゾナイザであっても放電電極の実効面積が拡大し効率の良いオゾン発生が可能となる。

また、上記実施形態では、凹部２４Ａは、誘電体２０又は接地電極２２に形成される場合を説明したが、誘電体２０及び接地電極２２のうち、単価が高い部材に凹部２４Ａを設けることとしてもよい。これにより、コスト削減を図ることができる。上記の実施形態では、接地電極２２（例えばチタン）が誘電体２０（例えばセラミック）に比べて単価が高くコストを削減でき、また加工もし易いので、接地電極２２に凹部２４Ａを設ける方が好ましい。一方で、放電の際に誘電体２０が接地電極２２に比べて酸化され難いので、凹部２４Ａの高さＤ２を一定にするという観点からは、誘電体２０に凹部２４Ａを設ける方が好ましい。

また、上記実施形態では、放電空間２４Ｂとして、誘電体２０又は接地電極２２の平面領域に凹部２４Ａが設けられる場合を説明したが、誘電体２０及び接地電極２２の平面領域それぞれに凹部２４Ａを設けて、双方の凹部２４Ａによって形成された空間を放電空間２４Ｂとしてもよい。

１…オゾン発生システム、１０Ａ…オゾナイザ、１８…高圧電極（一方の電極）、２０…誘電体、２２…接地電極（他方の電極）、２４Ａ…凹部、２４Ｂ…放電空間

Claims (9)

1. 一方の電極と、前記一方の電極と対向する他方の電極と、前記一方の電極と前記他方の電極の間に設けられた誘電体と、を備えるオゾナイザであって、
   前記誘電体には、前記他方の電極と対向する面に、単一の連続した凹部が設けられ、前記誘電体は、前記凹部以外の箇所において前記他方の電極と接触しており、
   前記一方の電極に電圧が印加されることで、前記凹部及び前記他方の電極の間に形成された放電空間に放電を発生させ、
   前記放電空間は、入口から流入する乾燥空気又は酸素をオゾンガスに変換して出口に吐出する一対の流通孔の一部を構成し、
   前記凹部は略水平に設けられる、
   オゾナイザ。
2. 一方の電極と、前記一方の電極と接触する誘電体と、前記誘電体を挟んで前記一方の電極とは異なる側に設けられた他方の電極と、を備えるオゾナイザであって、
   前記他方の電極には、前記誘電体と対向する面に、単一の連続した凹部が設けられ、前記他方の電極は、前記凹部以外の箇所において前記誘電体と接触しており、
   前記一方の電極に電圧が印加されることで、前記凹部及び前記誘電体の間に形成された放電空間に放電を発生させ、
   前記放電空間は、入口から流入する乾燥空気又は酸素をオゾンガスに変換して出口に吐出する一対の流通孔の一部を構成し、
   前記凹部は略水平に設けられる、
   オゾナイザ。
3. 前記凹部の深さは、０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である、
   請求項１又は２に記載のオゾナイザ。
4. 前記出口に、前記放電空間において生成されたオゾンガスの流量又は圧力を制御するオリフィスを備える、
   請求項１又は２に記載のオゾナイザ。
5. 前記入口から前記放電空間に流入する前記乾燥空気又は酸素は、１０ｋＰａ以上２００ｋＰａ以下の圧力がかけられている、
   請求項１又は２に記載のオゾナイザ。
6. 前記他方の電極は、円形の凹部に配置されたＯリングを備え、
   前記Ｏリングは、所定圧力がかけられた前記乾燥空気又は酸素及び前記オゾンガスの漏出を防止する、
   請求項１又は２に記載のオゾナイザ。
7. 前記誘電体又は前記他方の電極に設けられた前記凹部の正面視の形状は、略正方形状、略菱形、又は、略円形である、
   請求項１又は２に記載のオゾナイザ。
8. 前記他方の電極の前記凹部の正面視の形状が略菱形であり、
   前記一方の電極の正面視の形状が円形である、
   請求項２に記載のオゾナイザ。
9. 請求項１又は２に記載された前記オゾナイザを複数備え、各オゾナイザが直列に接続されている、
   オゾン発生システム。