JPH08208204A - オゾン発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で効率が高く、放電電極にて電流のリー
クが発生しないオゾン発生器を提供する。 【構成】 電源装置３０が、モノバイブレータＭの二次
側で共振を生ぜしめる周波数の電流を一次側に流すた
め、二次側に高電位が発生し、該モノバイブレータＭの
二次側に接続されたオゾン発生装置１０の放電電極１６
にて単極放電を生ぜしめることができる。放電電極での
単極放電であるため、酸素からオゾンを効率よく発生さ
せ得ると共に、該放電電極１６に硝酸アンモニウムが発
生してもリークの生じることがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オゾン発生器に関し、
特に、単極放電により酸素をオゾンに変換させるオゾン
発生器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】１対の放電電極と対向電極との間に誘電
体層を介在させ、電力供給装置から高電位を印加し、放
電を生じさせることにより酸素をオゾンに変換するオゾ
ン発生器が、半導体のマスク除去等の大規模な工業上の
用途の他、食品加工等の中規模な用途に、更に、冷蔵庫
の脱臭等の家庭用にも用いられるようになっている。こ
のオゾン発生器の放電素子としては、大規模な用途に
は、円筒状の対向電極の中心に棒状の放電電極を配置し
て、純酸素を供給してオゾンを発生せしめている。ま
た、中規模用には、平板状の対向電極と放電電極とを対
向させ、この両電極間に空気又は酸素を流入してオゾン
を発生せしめている。他方、家庭用では、セラミック等
の誘電体の基板内に面状の対向電極を埋設すると共に、
該誘電体表面に放電電極を配設し、該誘電体表面に沿っ
て放電を生ぜしめる沿面放電型の放電素子が多く用いら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した中規模用の平
板状の対向電極と放電電極とから成る放電素子では、オ
ゾン発生器の小型化を図るためには、対向電極と放電電
極との間のギャップを小さくし、印加電圧を下げること
により電力供給装置を小型化することが必要となる。し
かしながら、ギャップを小さくすると、気体の通路面積
が狭くなり圧損が大きくなり効率が低下する。また、純
酸素ではなく空気を用いた場合には、放電電極側でオゾ
ンと共に、放電により生成するＮＯ_X と空気中のＮＨ₃
とが放電により反応して硝酸アンモニムが発生し、放電
電極に付着して該対向電極との間でリークが発生し、オ
ゾンを発生し得ない状態に陥いることがある。このた
め、平板状の対向電極と放電電極とを用いるタイプで
は、ギャップを小さくすることにより小型化を図るには
自ずと限界があった。

【０００４】同様に上述した比較的少容量の用途に用い
られる沿面放電型の放電素子では、放電電極と対向電極
とに介在させる誘電体を薄くすることによりギャップを
小さくしているため、放電を生ぜしめる誘電体の表面に
沿ってリークが発生し易いという問題があった。

【０００５】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、小型で
効率が高く、放電電極にて電流のリークが発生しないオ
ゾン発生器を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１のオゾン発生器では、オゾンを発生させる
ための放電電極と、該放電電極に高周波電圧を印加する
電圧印加装置とから成るオゾン発生器であって、前記電
圧印加装置が、一次側に少ない数の巻線が巻回され、二
次側に多くの数の巻線が巻回され、二次側の一端がフロ
ーティング或いは一次側のどちらか一方の端子に接続さ
れ他端が前記放電電極に接続されたトランスと、トラン
スの二次側で共振を生ぜしめる周波数の電流を一次側に
流し、トランスの二次側に接続された前記放電電極に単
極放電を生ぜしめる高電位を発生させる電力供給手段
と、から構成されることを特徴とする。

【０００７】上記の目的を達成するため、請求項２のオ
ゾン発生器では、オゾンを導出する噴射ノズルを有し、
把持可能な大きさに形成されたケーシングと、該ケーシ
ング内に収容され、空気中に放電してオゾンを発生させ
る放電電極と、該ケーシング内に収容され、放電電極へ
外部からの空気を圧送し、前記噴射ノズルからオゾンを
噴出させる送風装置と、該ケーシング内に収容されるト
ランスであって、一次側に少ない数の巻線が巻回され、
二次側に多くの数の巻線が巻回され、二次側の一端がフ
ローティング或いは一次側のどちらか一方の端子に接続
され他端が前記放電電極に接続されたトランスと、前記
トランスの一次側に接続され、トランスの二次側で共振
を生ぜしめる周波数の電流を一次側に流し、トランスの
二次側に接続された前記放電電極に単極放電を生ぜしめ
る高電位を発生させる電力供給手段と、から成ることを
特徴とする。

【０００８】また、請求項３のオゾン発生器では、請求
項１又は２において、前記放電電極に複数の突起が形成
されていることを特徴とする。

【０００９】

【作用】請求項１のオゾン発生器では、電力供給手段
が、トランスの二次側で共振を生ぜしめる周波数の電流
をトランスの一次側に流すため、二次側に高電位が発生
し、放電電極に単極放電を生ぜしめることができる。放
電電極での単極放電が、酸素からオゾンを効率よく発生
させる。

【００１０】請求項２のオゾン発生器では、電力供給手
段が、トランスの二次側で共振を生ぜしめる周波数の電
流をトランスの一次側に流すため、二次側に高電位が発
生し、放電電極に単極放電を生ぜしめることができる。
放電電極での単極放電が、送風装置により圧送された空
気中の酸素からオゾンを発生させる。オゾンは、送風装
置によって噴射ノズルから噴出される。このため、ケー
シングの噴射ノズルを任意の場所に向けることにより、
所望の部位にオゾンを吹き付けることができる。

【００１１】請求項３のオゾン発生器では、放電電極に
複数の突起が形成されている。この突起において電界密
度が高くなるため、効率よくオゾンを発生させることが
できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例について図
を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施例に係
るオゾン発生器の構成を示している。このオゾン発生器
は、オゾンを発生させるオゾン発生装置１０と、該オゾ
ン発生装置１０に電力を供給する電源装置３０とから構
成されている。

【００１３】電源装置３０は、商用電源を昇圧するトラ
ンス３１、昇圧された電圧を平滑する第１平滑回路３
２、及び、第２平滑回路３３から成る電源部３４と、水
晶発振子３５を有する発振回路３６から成る発振部３７
と、増幅器３８、第１トランジスタＴＲ１、第２トラン
ジスタＴＲ２、及び、同調用のコンデンサＣ１から成る
増幅部３９と、モノバイブレータＭと、発振部３７の発
振周波数を該モノバイブレータＭの共振周波数へ同調さ
せる自動同調回路４１から成る同調部４０と、から構成
される。

【００１４】モノバイブレータＭは、一次Ｌ１側に１４
０ターン巻線が巻回され、二次Ｌ２側に１６０００ター
ン巻線が巻回され１００以上の巻線比にされ、一次Ｌ
１、二次Ｌ２が共通に接続されると共に、一次Ｌ１及び
二次Ｌ２が同心状に配置された空心トランス（以下モノ
バイブレータＭと称する）からなる。該モノバイブレー
タＭの二次Ｌ２側の出力端子は、オゾン発生装置１０の
放電電極１６に接続されることにより開放され、高圧を
発生して該放電電極１６に単極放電（ここで、単極放電
とは、一対の電極間において発生する放電ではなく、孤
立して置かれた一つの電極からの大気中への放電を言
う）を生ぜしめるよう構成されている。

【００１５】オゾン発生装置１０は、ステンレス等の金
属にガラス等の誘電体層を被覆してなる放電電極１６
と、該放電電極１６を取り囲むケーシング１２と、放電
電極１６へ外部から空気を送るための図示しないモータ
により回転される送風ファン１４とから構成されてい
る。そして、送風ファン１４により導入した空気中の酸
素をオゾンに変えて、ケーシング１２の開口部１２ａか
ら送出するようになっている。この開口部１２ａには、
テフロン等の耐オゾン性を有する樹脂性のパイプ（図示
せず）が接続され、オゾンを他の装置（図示せず）へ導
くようになっている。

【００１６】次に、第１実施例のオゾン発生器の動作に
ついて説明する。先ず、電源部３４のスイッチＳＷ１を
オンにする。これにより、トランス３１が通電されて、
第１平滑回路３２からの電圧が発振回路３６に印加さ
れ、該発振回路３６が水晶振動子３５の固有振動数に従
い発振を開始する。この固有振動数は、増幅部３９のコ
ンデンサＣ１とモノバイブレータＭの一次側Ｌ１に発振
を生ぜしめる周波数〔ｆ１＝１／｛２π√（Ｌ１・Ｃ
１）〕に設定されている。

【００１７】一方、第２平滑回路３３から、ライン３３
ａを介して＋１００Ｖの電位が、また、ライン３３ｃを
介して−１００Ｖの電位が増幅器３８に印加される。該
増幅器３８は、ライン３８ａを介して＋１００Ｖの電位
を第１トランジスタＴＲ１のコレクタに加え、また、ラ
イン３８ｃを介して−１００Ｖの電位を第２トランジス
タＴＲ２のコレクタ側に印加させ、更に、信号ライン３
８ｂを介して第１、第２トランジスタＴＲ１、ＴＲ２の
ベースに、上記発振回路３６からの信号を加える。これ
により、第１、第２トランジスタＴＲ１、ＴＲ２が通電
・停止を繰り返し、上述したようにモノバイブレータＭ
の一次側Ｌ１とコンデンサＣ１との共振する周波数の電
流が、当該モノバイブレータＭの一次側Ｌ１に流され
る。

【００１８】モノバイブレータＭの二次側の開放端（放
電電極１６）で、電位が最高になるのは、二次Ｌ２側の
インダクタンス分と二次側の浮遊容量Ｃｔとの共振する
周期の電流が、一次側Ｌ１に流されたときである。この
浮遊容量Ｃｔは、状態により変化するため該共振周波数
は変動することになる。この変動する周波数に同調させ
るため、自動同調回路４１が、二次Ｌ２側の電位をライ
ン４２からの信号を基に監視しながら、ライン３６ａを
介して走査信号を発振回路３６へ送出する。該発振回路
３６は、走査信号に基づき設定された範囲で発振周波数
をスキャンし、この発振信号に基づき増幅器３８がモノ
バイブレータＭの一次Ｌ１側に電流を流すことにより、
二次Ｌ２側の電位を変動させる。二次Ｌ２側で共振状態
となり電位が最高になると、これを自動同調回路４１
が、二次Ｌ２側のライン４２からの電位を基に検出し、
発振回路３６の周波数を固定する。このとき、二次Ｌ２
に接続された放電電極１６が単極放電を発生し得る電位
へ達し、該放電電極１６から放電が開始される。そし
て、この放電電極１６からのプラズマ放電により、送風
ファン１４により圧送された空気中の酸素がオゾンに変
換され、ケーシング１２の開口部１２ａから導出され
る。

【００１９】第１実施例の構成に係るオゾン発生器で
は、モノバイブレータＭの二次側で発振が発生するよう
に電力を制御するため、放電電極１６で単極放電を発生
せしめる高電位を容易に発生することができる。そし
て、単極放電を用いるため、従来技術の平板状の放電素
子と異なり、空気を電極間に通さないため圧損の生じる
ことがない。また、単極放電を用いるため、例え放電電
極１６にて生成するＮＯ_Xと空気中のＮＨ₃ とが放電に
より反応して硝酸アンモニムが発生し、放電電極１６に
付着しても、対向電極が無いためリークが発生し得ず、
オゾン発生効率の低下することがない。更に、この放電
電極１６からの放電は、単極放電であるため、放電電極
１６側から大気中への放電と、大気中から放電電極１６
への放電を繰り返しているだけで、一対の電極間に電流
を流すのと異なり、放電電極１６の温度が上昇し難い。
ここで、放電電極１６が高温になると、生成したオゾン
と接触し酸素に還元させ効率を低下させるが、本実施例
では、放電電極１６の温度が高くならないため、オゾン
発生効率の低下することがない。更に、放電電極１６が
高温になると、放電時に空気中の窒素を有害なＮＯ_X へ
変換し易くなるが、この実施例では、放電電極１６の温
度が高くならないため、高濃度のＮＯ_X を発生すること
がない。

【００２０】ここで、本発明の第２実施例について図２
を参照して説明する。この第２実施例の構成において、
電源装置３０は、上述した第１実施例とほぼ同一である
ので、同一の参照符号を用いると共にその説明を省略す
る。上述した第１実施例では、放電電極１６へ空気を供
給し空気中の酸素をオゾンへ変換せしめたが、この第２
実施例においては、純酸素をオゾン発生装置１０へ供給
してオゾンを発生せしめるようになっている。このオゾ
ン発生装置１０へは、酸素供給装置２０から酸素パイプ
２５を介して酸素が供給されるようになっている。この
酸素供給装置２０は、酸素を貯留した酸素ボンベ（図示
せず）と、該酸素ボンベからの酸素を一定の流量でオゾ
ン発生装置１０側へ圧送するための流量調整器（図示せ
ず）とから構成されている。酸素からオゾンを発生する
放電電極１６は、ケーシング１２内に収容され、該ケー
シング１２の開口部１２ａには、テフロン等の耐オゾン
性を有する樹脂性のパイプ（図示せず）が接続され、オ
ゾンを他の装置（図示せず）へ導くようになっている。

【００２１】上述したように放電電極が高温になると、
発生させたオゾンを酸素に還元させるようになる。この
ため、大規模な工場等に設置される従来のオゾン発生器
では、放電時に高温となる放電電極を、液体酸素が気化
するときの気化熱により冷却された酸素を、接触させる
ことにより冷却している。しかしながら、病院等に配置
される比較的少容量で、且つ、純酸素からオゾンを発生
させるオゾン発生器では、火災等の危険がないよう酸素
ボンベから離してオゾン発生器を設けており、酸素によ
る冷却が行えないので、オゾンを連続して発生させると
放電電極が高温となりオゾンの発生効率が低下した。こ
れに対して第２実施例のオゾン発生器においては、単極
放電であるため、放電電極１６側から酸素中への放電
と、酸素中から放電電極１６への放電とを繰り返してい
るだけで、放電電極１６の温度が上昇し難いため、連続
して動作してもオゾン発生効率が低下しない利点があ
る。

【００２２】ここで、本発明の第３実施例について図３
を参照して説明する。この第３実施例の構成において、
電源装置３０は、上述した第１実施例とほぼ同一である
ので、同一の参照符号を用いると共にその説明を省略す
る。上述した第１実施例では、放電電極１６が針状に形
成されたが、この第２実施例において、図中（Ａ）の一
部拡大図に示すよう放電電極１６に、放射状に突起１６
ａが設けられている。第２実施例のオゾン発生器におい
ては、突起１６ａの先端において電界密度が高くなるた
め、効率よくオゾンを発生させることができる。この放
電電極１６には、ステンレス、モリブデン等の耐オゾン
性のある金属を用いることができ、さらに、この金属表
面にガラス、セラミック等の誘電体の被覆を設けること
によりオゾンによる腐食を防ぐことも可能である。

【００２３】次に、本発明の第４実施例について図４及
び図５を参照して説明する。図４において、電源装置１
３０は、商用電源を昇圧するトランス３１、昇圧された
電圧を平滑する第１平滑回路３２、及び、第２平滑回路
３３から成る電源部３４と、水晶発振子３５を有する発
振回路３６から成る発振部３７と、増幅器３８、第１ト
ランジスタＴＲ１、第２トランジスタＴＲ２、及び、同
調用のコンデンサＣ１から成る増幅部３９と、発振部３
７の発振周波数をモノバイブレータＭの共振周波数へ同
調させる自動同調回路４１から成る同調部４０とから構
成される。この電源装置１３０の出力は、増幅部３９か
らライン４３を介してハンドピース５０のモノバイブレ
ータＭへ伝送されるようになっている。

【００２４】ここで、ハンドピース５０の機械的構成に
ついて図５を参照して説明する。ハンドピース５０は、
操作者が容易に取り扱えるように全長１５０mmで把持可
能な大きさに形成されており、図１を参照した第１実施
例と同様なモノバイブレータＭを収容するための筒状の
テフロンから成る把持部５２と、該把持部５２の先側に
形成されたノズル５４とから主として構成されている。
モノバイブレータＭの一次巻線及び二次巻線は、同心状
に中空ボビン５７に巻回されている。モノバイブレータ
Ｍの二次巻線は、該ノズル５４の略中央に配置される放
電電極１６に接続される。ノズル５４の先端にはオゾン
を噴射する開口部５４ａが設けられている。他方、把持
部５２の後部には、モータ５６と、該モータ５６により
回動される送風ファン５８とが配置されている。また、
把持部５２の後端には、該ハンドピース５０の吸気口５
２ａを形成する開口部が設けられ、この吸気口５２ａに
は、防塵用のメッシュ５９が取り付けられている。ま
た、モノバイブレータＭの一次側は、電源装置３０から
ライン４３（図４参照）を介して高周波電圧の供給を受
けるようになっている。同様にモータ５６は、電源装置
３０の電源部３４からライン３３ａ、３３ｃを介して電
力の供給を受けるようになっている。更に、モノバイブ
レータＭからは、図１に示した第１実施例と同様に二次
側の電位がライン４２を介し自動同調回路４１に帰還さ
れるようになっている。

【００２５】次に、第４実施例のオゾン発生器の動作に
ついて説明する。先ず、電源部３４のスイッチＳＷ１を
オンにする。これにより、トランス３１が通電されて、
第１平滑回路３２からの電圧が発振回路３６に印加さ
れ、該発振回路３６が水晶振動子３５の固有振動数に従
い発振を開始する。この固有振動数は、増幅部３９のコ
ンデンサＣ１とモノバイブレータＭの一次側（一次側の
インダクタンスをＬ１とする）に発振を生ぜしめる周波
数〔ｆ１＝１／｛２π√（Ｌ１・Ｃ１）〕に設定されて
いる。

【００２６】一方、第２平滑回路３３から、ライン３３
ａ及びライン３３ｃを介してハンドピース５０のモータ
５６へ電位が加えられ、該モータ５６が送風ファン５８
を回動し放電電極１６への送風を開始する。これと同時
に、該第２平滑回路３３から、ライン３３ａを介して＋
１００Ｖの電位が、また、ライン３３ｃを介して−１０
０Ｖの電位が増幅器３８に印加される。該増幅器３８
は、ライン３８ａを介して＋１００Ｖの電位を第１トラ
ンジスタＴＲ１のコレクタに加え、また、ライン３８ｃ
を介して−１００Ｖの電位を第２トランジスタＴＲ２の
コレクタ側に印加させ、更に、信号ライン３８ｂを介し
て第１、第２トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベースに、
上記発振回路３６からの信号を加える。これにより、第
１、第２トランジスタＴＲ１、ＴＲ２が通電・停止を繰
り返し、上述したようにモノバイブレータＭの一次側と
コンデンサＣ１との共振する周波数の電流が、当該モノ
バイブレータＭの一次側に流される。

【００２７】自動同調回路４１は、二次側の電位をライ
ン４２からの信号を基に監視しながら、ライン３６ａを
介して走査信号を発振回路３６へ送出する。該発振回路
３６は、走査信号に基づき設定された範囲で発振周波数
をスキャンし、この発振信号に基づき増幅器３８がモノ
バイブレータＭの一次側に電流を流すことにより、二次
側の電位を変動させる。二次側で共振状態となり電位が
最高になると、これを自動同調回路４１が、二次側のラ
イン４２からの電位を基に検出し、発振回路３６の周波
数を固定する。このとき、二次に接続された放電電極１
６が単極放電を発生し得る電位へ達し、該放電電極１６
から放電が開始される。

【００２８】この放電電極１６からのプラズマ放電によ
り、送風ファン５８により圧送された空気中の酸素がオ
ゾンに変換され、ハンドピース５０のノズル５４の先端
に設けられた開口部５４ａからオゾンが噴射される。こ
の第４実施例においては、モノバイブレータＭの二次側
で発振が発生するように電力を制御するため、放電電極
１６で単極放電を発生せしめる高電位を容易に発生する
ことができ、把持可能な小型なハンドピース５０内で大
量のオゾンを発生させることが可能となる。このハンド
ピース５０は、ノズル５４を所望の部位に向けることに
より、例えば、医療用装置等の狭い隙間の清掃や、或い
は、外科手術用具等の小さな部材の消毒等ができる。な
お、この第４実施例においては、空気中の酸素をオゾン
に変換する例について説明したが、空気の代わりに上述
した第２実施例のように純酸素を可撓性を有する酸素パ
イプを介して供給し、オゾンを発生させるよう構成する
ことも可能である。

【００２９】以上説明した第１〜第４実施例では、自動
同調回路４１が、モノバイブレータＭの二次Ｌ２側で共
振を起こさせるように発振回路３６の発振周波数を走査
し、二次側の電位を検出することにより二次側共振周波
数に一次側の周波数を固定したが、この自動同調回路４
１を設けることなく、二次Ｌ２側で共振を生ぜしめるで
あろう周波数に発振回路３６を設定しておくことも可能
である。また、上述した実施例では、モノバイブレータ
Ｍを高電位発生用のトランスとして用いたが、この代わ
りにテスラーコイルを用いることも可能である。更に、
上述した実施例では、本発明の単極式の放電電極と電源
装置とオゾン発生器に適用する例について説明したが、
本発明はオゾン発生器に限定されず、例えば、イオン発
生器、帯電器、除電器等にも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るオゾン発生器の構成
を示すブロック図である。

【図２】本発明の第２実施例に係るオゾン発生器の構成
を示すブロック図である。

【図３】本発明の第３実施例に係るオゾン発生器の構成
を示すブロック図である。

【図４】本発明の第４実施例に係るオゾン発生器の回路
構成を示すブロック図である。

【図５】本発明の第４実施例に係るオゾン発生器のハン
ドピースの一部切り欠き側面図である。

【符号の説明】 １０ オゾン発生装置 １６ 放電電極 ３０ 電源装置 ３７ 発振部 ３９ 増幅部 ４０ 同調部 ５０ ハンドピース Ｍ モノバイブレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀田 豊 北海道札幌市西区山の手１条10丁目２番１ −108 (72)発明者 上野 正隆 北海道札幌市南区南37条西11丁目９−３ (72)発明者 三木 修昭 北海道札幌市厚別区厚別中央１条５丁目１ −22 ライオンズステーションプラザ新札 幌ビル703

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オゾンを発生させるための放電電極と、 該放電電極に高周波電圧を印加する電圧印加装置とから
   成るオゾン発生器であって、 前記電圧印加装置が、 一次側に少ない数の巻線が巻回され、二次側に多くの数
   の巻線が巻回され、二次側の一端がフローティング或い
   は一次側のどちらか一方の端子に接続され他端が前記放
   電電極に接続されたトランスと、 トランスの二次側で共振を生ぜしめる周波数の電流を一
   次側に流し、トランスの二次側に接続された前記放電電
   極に単極放電を生ぜしめる高電位を発生させる電力供給
   手段と、から構成されることを特徴とするオゾン発生
   器。
2. 【請求項２】 オゾンを導出する噴射ノズルを有し、把
   持可能な大きさに形成されたケーシングと、 該ケーシング内に収容され、空気中に放電してオゾンを
   発生させる放電電極と、 該ケーシング内に収容され、放電電極へ外部からの空気
   を圧送し、前記噴射ノズルからオゾンを噴出させる送風
   装置と、 該ケーシング内に収容されるトランスであって、一次側
   に少ない数の巻線が巻回され、二次側に多くの数の巻線
   が巻回され、二次側の一端がフローティング或いは一次
   側のどちらか一方の端子に接続され他端が前記放電電極
   に接続されたトランスと、 前記トランスの一次側に接続され、トランスの二次側で
   共振を生ぜしめる周波数の電流を一次側に流し、トラン
   スの二次側に接続された前記放電電極に単極放電を生ぜ
   しめる高電位を発生させる電力供給手段と、から成るこ
   とを特徴とするオゾン発生器。
3. 【請求項３】 前記放電電極に複数の突起が形成されて
   いることを特徴とする請求項１又は２のオゾン発生器。