JPH07165404A - オゾン発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極の面積当たりの放電空間体積が大きく、
圧力損失が小さな状態で、原料ガスを多量に通過させる
ことができ、また、原料ガスに除湿なしの空気を使用し
た場合でも窒素酸化物の電極への蓄積による短絡などを
防止することができるオゾン発生器を提供する。 【構成】 針電極７は円筒電極１１と同軸上に配置され
るとともに、その先端７ａが円筒電極１１の開口端から
５ｍｍ入った位置に配置されている。針電極７はその周
囲に雄ネジが形成されるとともに、その先端７ａは円錐
状に尖った形状に形成されている。そして、針電極７は
支持部５にナット８にて軸線方向に移動調節可能に固定
されている。後部３には排出用ノズル１３を介して空気
を吸入するブロワ１５が接続されている。針電極７及び
円筒電極１１には電圧１０ｋＶ、周波数１８ｋＨｚの高
周波が印加される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はオゾン発生器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、オゾンを無声放電により発生さ
せ、発生させたオゾンを殺菌、脱臭等に使用することが
行われている。無声放電を使用するオゾン発生器は、一
対の電極間にガラス、セラミックス等の誘電体を挟むと
ともに、電極間に放電空間を形成して構成する。そし
て、この放電空間内に酸素または空気を流しながら、電
極に交流高電圧を印加する。この結果、電極間に生じた
電界で加速された電子が酸素分子に衝突してＯ原子を生
じる。そして、このＯ原子が酸素分子Ｏ₂ と反応してオ
ゾンＯ₃ が生成されるようになっている。

【０００３】平板型及び円筒型電極を有する小型のオゾ
ン発生器においては、電極間の距離は２〜３ｍｍであ
り、一対の電極に印加される電流の周波数は最高でほぼ
１〜２ｋＨｚであった。

【０００４】また、室内の殺菌・脱臭用オゾン発生器で
は、人が退去して密封された状態の部屋にオゾン化ガス
を充満させる方法で殺菌・脱臭が行われるのが普通であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
オゾン発生器においては、電極間距離が２〜３ｍｍと小
さいため、放電空間が電極の面積に対して小さい。この
結果、放電空間に単位時間当たりに多量の原料ガスを通
すと圧力損失も大きく、また、通過流速も極端に速くな
り、オゾン生成に支障をきたすという問題があった。

【０００６】また、空気を原料ガスとしてオゾンを生成
すると電極近傍で窒素酸化物ＮＯｘが同時に生成され
る。特に、水分が多く含まれた空気の場合は、多量の窒
素酸化物ＮＯｘが生成され電極に堆積するため、両電極
間距離が小さいと短絡が生じ易い。従って、従来のオゾ
ン発生器においては、窒素酸化物ＮＯｘの生成を防ぐた
め、オゾン発生器に導入する空気を除湿装置で除湿して
から使用などの手法も必要となり、構造が複雑となり製
造コストも高くなる。

【０００７】また、従来のオゾン発生器では、一対の電
極間の距離を変更してオゾン発生量を調節することは難
しく、印加する電流の電圧及び周波数を変更することな
く同一の電極を使用して異なるオゾン発生容量を持った
製品を製作することができなかった。

【０００８】また、従来のオゾン発生器では、人が居る
状態で殺菌レベルの高濃度のオゾンガスを直接使用する
ことは困難であった。本発明は上記問題点を解決するた
めになされたものであって、その第１の目的は、電極の
面積当たりの放電空間体積が大きく、圧力損失が小さな
状態で、原料ガスを多量に通過させることができ、ま
た、原料ガスに除湿なしの空気を使用した場合でも窒素
酸化物の電極への蓄積による短絡などを防止することが
できるオゾン発生器を提供することにある。

【０００９】また、第２の目的は、供給する電力の電圧
及び周波数が同じでも、同一電極を使用して容量の異な
るオゾン発生器を容易に組み立てることができるオゾン
発生器を提供することにある。

【００１０】また、第３の目的は、オゾンを外部に排出
することなく多量の空気を殺菌・脱臭することができる
オゾン発生器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、請求項１に記載の発明は、針電極と、内径が１
０ｍｍ以上の円筒電極とを備え、針電極をその軸線が円
筒電極のほぼ軸線上となるように配置するとともに、針
電極の先端が円筒電極の開口端の近傍に位置するように
配置した。

【００１２】また、請求項２に記載の発明は、前記オゾ
ン発生器は、電圧が８〜２０ｋＶ、周波数が１〜２０ｋ
Ｈｚの範囲内のパルス電圧を電源供給手段を備えた。ま
た、オゾン発生器は原料ガスをオゾン発生器内に圧送導
入する圧送導入手段を備えているのが好ましい。

【００１３】また、第２の目的を達成するため、請求項
４に記載の発明は、前記針電極は円筒電極の軸線方向に
移動調節可能に設けられている。また、第３の目的を達
成するため、請求項５に記載の発明は、ガスが導出され
る側にオゾン化されたガス中のオゾンを酸素に戻す触媒
を設けた。

【００１４】

【作用】従って、請求項１に記載の発明によれば、円筒
電極の開口端の近傍に配置された針電極の先端と円筒電
極の内面との間で通称ひげ放電が発生する。円筒電極の
内径が針電極の直径に対して十分に大きく、針電極の先
端と円筒電極の内側面との間で放電が発生するため、放
電空間の体積が円筒電極の放電面積に対して大きくな
る。また、圧力損失が小さいため、円筒電極の放電面積
に対する原料ガスの通過量が多くなる。また、円筒電極
の内径が１０ｍｍ以上の場合は、任意の電圧と周波数で
上記作用が確実に行われる。

【００１５】また、オゾン発生器の電極間に電圧が８〜
２０ｋＶ、周波数が１〜２０ｋＨｚの範囲内のパルス電
圧が印加された場合は、電極間の距離も充分に大きいた
め、火花放電に移行することなくオゾンの生成を行うこ
とができる。

【００１６】また、請求項３に記載の発明によれば、原
料ガスが放電空間を通過する速度が速くなる。この結
果、生成される窒素酸化物が通過するガス流により電極
近傍から持ち去られ、極間距離の大きなこととも合まっ
て電極表面に蓄積されない。

【００１７】また、請求項４に記載の発明によれば、針
電極が円筒電極に対して軸線方向に移動すると、放電状
態が変化して時間当たりのオゾン発生量が変化する。従
って、同じ電極を使用して、オゾン発生装置の組立時に
針電極の固定位置を変更することにより、容量の異なる
オゾン発生器を容易に組立てられる。

【００１８】また、請求項５に記載の発明によれば、オ
ゾン化されて殺菌・脱臭が行われた原料ガスはそのオゾ
ンが酸素に戻された状態で排出される。

【００１９】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明を室内の空気を殺菌、脱臭
するためのオゾン発生器に具体化した第１実施例を図
１，２に従って説明する。

【００２０】図１に示すように、本実施例のオゾン発生
器は円筒形状の前部１、胴部２及び後部３から構成され
ている。尚、本実施例においては、説明の便宜上図１の
左側を前側、そして、右側を後側として説明する。

【００２１】前部１の内側前端には、フィルタ４が着脱
可能に配設されている。このフィルタ４は空気中の比較
的大きなゴミ、塵等を除去するようになっている。この
フィルタ４の後方には「Ｉ」形状の支持部５が半径方向
に配置されるように、その両端部がそれぞれ前部１内側
に固定されている。

【００２２】支持部５の中央にはその周囲に雄ネジが形
成された針電極７がその軸線を前部１の軸線と一致させ
るとともに、軸線方向に移動調整可能に配設されてい
る。この針電極７は一対のナット８にて支持部５に固定
されている。そして、ナット８を緩めることにより、針
電極７を軸線方向に移動させることができる。針電極７
はその直径がほぼ３ｍｍで、その先端７ａは円錐形状に
尖ったように形成されている。なお、針電極７の後端に
は接続コード９が接続され、この接続コード９は前部１
に外側に固設された端子１０に接続されている。

【００２３】胴部２の内側前部にはテーパ部２ａが形成
されている。このテーパ部２ａの傾斜面は針電極７の先
端７ａの傾斜面とほぼ平行になるように形成されてい
る。また、胴部２の内側にはテーパ部２ａも含めて胴部
内側に積層されて形成された金属層からなる円筒電極１
１が設けられている。前記針電極７の先端７ａは円筒電
極１１の開口端から５ｍｍ入った位置に配置されてい
る。胴部２の外側には円筒電極１１と接続された端子１
２が固設されている。

【００２４】後部３はその後端が閉じられるとともに、
その中央には排出用ノズル１３が配設されている。排出
用ノズル１３はパイプ１４を介して圧送導入手段として
のブロワ１５の吸入側に接続されている。ブロワ１５が
作動すると、オゾン発生器に空気が導入される。

【００２５】各端子１０，１２は電源供給装置Ｅに接続
されている。電源供給装置Ｅは一次電源、制御回路、電
圧・周波数調整装置、昇圧変圧器等から構成されてい
る。そして、電極７，１１にはパルス電圧が印加される
ようになっている。また、制御回路によりオゾン発生器
に供給する電圧をほぼ８〜２０ｋＶの範囲で供給可能と
なっている。また、同じく周波数を１〜２０ｋＨｚの範
囲で供給可能となっている。

【００２６】次に、以上のように構成されたオゾン発生
器の作用について説明する。電源供給装置Ｅにより電極
７，１１間にパルス電圧が印加されると、オゾン発生器
が作動する。

【００２７】ブロワ１５が駆動されると、オゾン発生器
の前側から空気がフィルター４を介して内部に導入され
る。この際、フィルター４にて空気中のごみ、塵埃等が
除去される。この空気は針電極７の周囲から円筒電極１
１内に導入される。

【００２８】針電極７の先端と円筒電極１１の内側面と
の間には放電が生じる。この放電は、針電極７の先端７
ａから３ｍｍほどの長さでひげ状に延びる視認可能な放
電となる。導入された空気はこの放電空間中を通って円
筒電極１１内に導入される。この際、空気中の酸素分子
には電極７，１１間に形成された電界で加速された電子
が衝突し、Ｏ原子が生成される。このＯ原子は酸素分子
Ｏ₂ と反応してオゾンＯ₃ を生じる。

【００２９】このようにして、空気は円筒電極１１内を
通過する過程でオゾン化される。針電極７の先端７ａに
付着した窒素酸化物は、放電時に容易に剥離されるう
え、電極間の距離も充分に離れているため、その蓄積が
防止される。また、空気が放電空間を通過する速度が速
いため、電極７，１１表面で生成される窒素酸化物ＮＯ
ｘが円筒電極１１の表面にも蓄積することはない。この
結果、原料ガスとして水分が除去されていない空気をそ
のまま使用しても両電極７，１１に窒素酸化物が蓄積さ
れない。従って、従来装置と異なり除湿装置により空気
の除湿を行う必要がない。

【００３０】殺菌・脱臭されたオゾン化空気は円筒電極
１１の後端から後部３内に導入され排出用ノズル１３を
介しパイプ１４を経由してブロワ１５から放出される。
オゾン化された空気は浮遊菌等が殺菌されるとともに脱
臭される。また、オゾン発生器外部に放出されたオゾン
化空気は室内の壁等に付着する付着菌を殺菌する。

【００３１】円筒電極１１の内径が２５ｍｍ、同じく長
さが２００ｍｍ、印加する電流の電圧が１０ｋＶ、同じ
く周波数が１８ｋＨｚ、空気の導入量が毎分７リットル
（毎時４２０リットル）の場合は、約５０ｍｇ／ｈのオ
ゾン収量が得られた。すなわち、１リットル当たり０．
１２ｍｇのオゾンが発生した。これは、オゾン濃度がほ
ぼ５６ｐｐｍ（オゾン生成時、体積比）となるため、十
分な殺菌・脱臭濃度となる。また、同条件で毎分７００
リットルの空気が導入された場合、仮にオゾン発生量が
増加しなくてもオゾン濃度はほぼ０．５６ｐｐｍとなる
ため、殺菌に必要な濃度（０．１〜０．５ｐｐｍ、体積
比）が得られる。

【００３２】また、同じ円筒電極１１を使用し、同じガ
ス流量で、１０ｋＶで１ｋＨｚを印加した場合は１０ｍ
ｇ／ｈ、１０ｋＨｚを印加した場合は２５ｍｇ／ｈのオ
ゾン収量が得られた。従って、印加する電流の電圧及び
周波数を変更することにより、オゾン発生量を調節でき
る。

【００３３】また、円筒電極１１として内径が３２ｍｍ
のものを使用した場合、印加条件が同じであれば、体積
当たりのオゾン発生量はほぼ同じであった。すなわち、
一定の範囲では円筒電極１１の内径を大きくするとオゾ
ン発生量が増大する。

【００３４】また、円筒電極１１の内径が２５ｍｍ、同
じく長さが２００ｍｍ、印加する電流の電圧が１０ｋ
Ｖ、同じく周波数が１８ｋＨｚ、空気の導入量が毎分７
リットル（毎時４２０リットル）の場合、針電極７を軸
線方向に移動させ、その先端が円筒電極１１の開口端か
ら前方に１５ｍｍ離れた位置に移動させた場合は、オゾ
ン発生量がほぼ０ｍｇ／ｈとなった。また、開口端から
前方に１０ｍｍ離れた位置に移動させた場合は、円筒電
極１１に５ｍｍ入った場合のほぼ６０％の発生量となっ
た。先端７ａが開口端に位置した状態から円筒電極１１
に５ｍｍ入った位置の間ではほとんどその発生量に変化
がなかった。すなわち、針電極７を円筒電極１１に対し
て移動させることにより、時間当たりのオゾン発生量を
ほぼ０ｍｇ／ｈから最高値まで変化させることができ
る。従って、針電極７を軸線上で適宜移動させることに
より、印加する電流の電圧及び周波数を変更することな
く、時間当たりのオゾン発生量を変更することができ
る。この結果、同じ電源供給装置Ｅ及び同じ電極７，１
１を使用して、オゾン発生容量の異なるオゾン発生器を
製作することができる。

【００３５】また、本実施例のオゾン発生器は、構造が
従来のものに比べて簡単であるため、製作コストが低く
なる。さらに、針電極７の先端７ａが円筒電極１１の開
口端に位置する状態から円筒電極１１内部に５ｍｍ入っ
た状態までオゾン発生量がほとんど変化しないため、組
立精度を厳しくする必要がない。

【００３６】（第２実施例）次に、本発明を室内の空気
を殺菌、脱臭するためのオゾン発生器に具体化した第２
実施例を図２に従って説明する。なお、本実施例は、オ
ゾンを酸素に戻すための触媒を備えている点が第１実施
例と異なっており、他の構成は同じであるため、同一部
分は同一の符号を付してその説明を省略する。

【００３７】オゾン発生器の後部３内には、オゾンを酸
素に戻すための触媒１６が配置されている。この触媒１
６としては、例えば、日本化学工業（株）のオゾン分解
触媒ＴＳＯ、東洋紡（株）のＫＦハニカムオゾンフィル
タ、阪井化学工業（株）のオゾン分解触媒等がある。

【００３８】本実施例では、生成されるオゾン化空気の
オゾン濃度が殺菌濃度である０．１〜０．５ｐｐｍ程度
になるように印加される電流の電圧、周波数及び導入さ
れる空気量が設定される。

【００３９】このオゾン化空気が触媒１６を通過する
と、空気中のオゾンが酸素に戻される。この結果、オゾ
ン発生器から排出される空気は殺菌濃度以下のオゾン濃
度で排出される。このオゾン濃度は人体に有害なレベル
以下となるため、オゾン発生器を人が居る状態の部屋で
使用することができる。

【００４０】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で例えば次のよ
うに構成することもできる。 （１） 上記実施例では、針電極７を円筒電極１１に対
して移動調節可能に設けたが、最適な電極間距離、例え
ば先端７ａが円筒電極１１の開口端から５ｍｍ入った位
置までの間で固定するように構成してもよい。但し、こ
の場合、時間当たりのオゾン発生量は印加する電流の電
圧及び周波数のみによる調整となる。

【００４１】（２） 円筒電極１１の針電極７が配置さ
れる側の端部から空気を導入するように構成したが、反
対に円筒電極１１の針電極７が配置される側と反対側の
端部から空気を導入するように構成してもよい。

【００４２】（３） 上記実施例では、空気を圧送導入
するためにブロワ１５を使用したが、これを設けず半波
整流された電圧を印加する構成とし、放電時に発生する
イオン風の作用により空気を導入するようにしてもよ
い。また、ブロワ１５のかわりにモータファンをオゾン
発生器内に設けるようにしてもよい。

【００４３】（４） ブロワ１５の排出側をオゾン発生
器の導入側に接続して、オゾン化する空気を送るように
構成してもよい。 （５） 上記実施例では、印加するパルス電圧の電圧を
１０ｋＶ、周波数を１ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、１８ｋＨｚ
としたが、電圧は８〜２０ｋＶ、周波数は１〜２０ｋＨ
ｚの範囲で選択してもよい。

【００４４】（６） 針電極７の先端７ａをセラミッ
ク、ガラス等にてコートするようにしてもよい。この結
果、放電に伴う先端７ａの磨耗が防止される。 （７） 円筒電極１１の内径は必要な容量、使用する電
圧等に合わせて１０〜１００ｍｍの範囲で選択してもよ
い。

【００４５】（８） 円筒電極１１の長さは２００ｍｍ
よりも短くてもよく、また、長くてもよい。 （９） 上記実施例では、オゾン発生器の前端にフィル
タを設けて、導入される空気中の比較的大きなごみ、塵
等を除去するように構成したが、これは設けなくてもよ
い。

【００４６】（１０） 円筒電極１１は円柱状の胴部２
の内側面に金属層を設けて構成したが、これを内側面に
金属メッキを施すことにより円筒電極を形成するように
してもよい。

【００４７】（１１） 空気を導入する開口部を針電極
７の軸線状に設けたが、軸線の半径方向に設けてもよ
い。また、排出ノズルも半径方向に設けてもよい。 （１２） 円筒電極１１の周囲に冷却ジャケット等を設
け、円筒ジャケットを水で冷却してオゾン発生収率を上
げるように構成してもよい。

【００４８】（１３） 空気の代わりに酸素を原料ガス
として使用してもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載の発
明によれば、電極の面積当たりの放電空間体積が大き
く、圧力損失が小さな状態で、原料ガスを多量に通過さ
せることができる。また、原料ガスに除湿なしの空気を
使用した場合でも窒素酸化物の堆積による短絡などを防
ぐことができる。

【００５０】また、請求項２に記載の発明によれば、火
花放電に移行することなく、オゾンの生成を行うことが
できる。また、請求項３に記載の発明によれば、原料ガ
スとして空気を使用した場合に除湿をしなくても窒素酸
化物の電極への蓄積を防止することができる。

【００５１】また、請求項４に記載の発明によれば、供
給する電力の電圧及び周波数が同じでも、同一電極を使
用して容量の異なるオゾン発生器を容易に組み立てるこ
とができる。

【００５２】また、請求項５に記載の発明によれば、オ
ゾンを外部に排出することなく空気を殺菌・脱臭するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した第１実施例のオゾン発生器
の概略縦断面図である。

【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ線拡大断面図であり、
（ｂ）は同じく図１のＢ−Ｂ線拡大断面図である。

【図３】第２実施例のオゾン発生器の一部を省略した概
略縦断面図である。

【符号の説明】

７…針電極、７ａ…先端、１１…円筒電極、１５…圧送
導入手段としてのブロワ、１６…触媒、Ｅ…電源供給装
置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 針電極（７）と、内径が１０ｍｍ以上の
   円筒電極（１１）とを備え、針電極（７）をその軸線が
   円筒電極（１１）のほぼ軸線上となるように配置すると
   ともに、針電極（７）の先端（７ａ）が円筒電極（１
   １）の開口端の近傍に位置するように配置したことを特
   徴とするオゾン発生器。
2. 【請求項２】 オゾン発生器は、電圧が８〜２０ｋＶ、
   周波数が１〜２０ｋＨｚの範囲内のパルス電圧を印加す
   る電源供給手段（Ｅ）を備えている請求項１に記載のオ
   ゾン発生器。
3. 【請求項３】 オゾン発生器は原料ガスをオゾン発生器
   内に圧送導入する圧送導入手段（１５）を備えている請
   求項１又は請求項２に記載のオゾン発生器。
4. 【請求項４】 前記針電極（７）は円筒電極（１１）の
   軸線方向に移動調節可能に設けられている請求項１〜３
   のいずれか１項に記載のオゾン発生器。
5. 【請求項５】 オゾン発生器のガスが導出される側にオ
   ゾン化されたガス中のオゾンを酸素に戻す触媒（１６）
   を設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載のオゾン発
   生器。