JPH10101307A - オゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オゾン発生空間の温度を効率良く且つ十分に
冷却し、安定した状態でオゾンを発生させることのでき
るオゾン発生装置を提供すること。 【解決手段】 本発明は、密閉空間２８内で放電を起こ
し、この密閉空間２８内に導入された原料ガス中の酸素
を酸化してオゾンを発生させるオゾン発生装置１０にお
いて、密閉空間２８を画す壁体１６，１８の外面に、ペ
ルチェ素子４２から構成される冷却装置４０を取り付け
たことを特徴としている。かかる構成において、冷却装
置４０はペルチェ素子４２から構成されているため、電
気的制御により、密閉空間２８、すなわちオゾン発生空
間を冷却することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電式のオゾン発
生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オゾンは、殺菌、脱臭、脱色及び分解等
の作用を有すると共に、自己分解が早く残留性がないと
いう特性を有している。このため、近年、屋内空気の脱
臭や殺菌、水の浄化、脱臭、殺菌、脱色等の分野におい
てオゾンの利用が注目され、種々のシステムが開発され
ている。

【０００３】一方、オゾンは、前述したように自己分解
し易いため、ボンベ等に入れて保管し或は運搬すること
は困難である。このため、従来一般のシステムでは、オ
ゾン利用箇所又はその近傍で、オゾン発生装置によりオ
ゾンを必要量だけ発生させることとしている。

【０００４】このようなシステムにおけるオゾン発生装
置としては放電式のものが広く用いられている。放電式
オゾン発生装置は、オゾン発生空間内で放電を行わせ、
酸素を酸化してオゾンを発生させるものである。

【０００５】かかるオゾン発生装置は、放電によりオゾ
ン発生空間内の温度が上昇するため、冷却を十分に行わ
ないと、オゾン発生量の低下やオゾン発生空間近傍の焼
損等を引き起こす原因となる。そこで、従来において
は、オゾン発生装置に水冷式又は空冷式の冷却装置を設
け、オゾン発生空間の冷却を行っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】水冷式の冷却装置を用
いた場合、比較的安定した状態で冷却を行うことができ
る。しかしながら、冷却水として水道水を用いることが
多いため、水道水を得にくい環境下では使用できないこ
とがあり、また、水道水がオゾン発生のランニングコス
トの上昇を招く原因となっている。更に、放電式のオゾ
ン発生装置は高圧電源を用いた、高周波高電圧下で使用
されるため、冷却水の管理に十分な注意を払う必要があ
る。これは、冷却装置及びオゾン発生装置、ひいてはオ
ゾン利用システムの複雑化や大型化、コストアップを招
くものであった。

【０００７】一方、空冷式の冷却装置は、漏水や水道水
による問題はないが、周辺温度が高い環状下では十分な
冷却性能を発揮できず、オゾン発生装置のオゾン発生効
率が低下するという問題点があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記事情に鑑
みてなされたものであり、密閉空間内で放電を起こし、
この密閉空間内に導入された原料ガス中の酸素を酸化し
てオゾンを発生させるオゾン発生装置において、密閉空
間を画す壁体の外面に、電気冷却素子を備える冷却装置
を取り付けたことを特徴としている。

【０００９】この構成において、冷却装置は電気冷却素
子、例えばペルチェ素子から構成されているため、電気
的制御により、密閉空間、すなわちオゾン発生空間を冷
却することができる。

【００１０】また、密閉空間を画す壁体が、誘電体と、
誘電体の一側の面に配置されたアース電極と、誘電体の
他側の面に配置され高周波高電圧が印加される電極とか
ら構成されている場合、アース電極の外面に冷却装置を
取り付けることが好適である。

【００１１】この場合、高周波高電圧が印加される電極
の側の誘電体表面に沿って沿面放電が生じるため、アー
ス電極及び誘電体を介して吸熱することで、密閉空間内
を効率良く冷却することが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好
適な実施形態について説明する。図１及び図２に示す本
発明によるオゾン発生装置１０はいわゆる沿面放電式の
ものであり、一側の面にて沿面放電を発生させる１対の
放電モジュール１２ａ，１２ｂと、これらの放電モジュ
ール１２ａ，１２ｂを一定の間隔を置いて対向配置する
ためのスペーサ１４とから主に構成されている。なお、
放電モジュール１２ａ，１２ｂは同一構成であるため、
その構成については一方の放電モジュール１２ａのみを
説明し、参照符号の添え字も適宜省略する。

【００１３】各放電モジュール１２は、熱伝導性の良好
な導電材料、例えばアルミニウム或は耐蝕性のアルミニ
ウム合金から成る矩形の板状電極１６を有している。こ
の電極１６は、オゾン発生装置１０のフレームとしても
機能し、少なくとも構造部材として必要な厚さとされて
いる。また、電極１６は接地されるようになっている。
以下、この電極１６をアース電極と称する。

【００１４】アース電極１６の一側の面上には薄肉（約
０．５ｍｍ）の誘電体１８が配置されている。誘電体１
８が配される側は、沿面放電を生じてオゾンが発生する
側となるため、誘電体１８は、例えばアルミナ等のセラ
ミックや集成マイカ材のような耐オゾン性の誘電材料か
ら構成されるのが好適である。

【００１５】更に、誘電体１８の中央部には格子状の電
極２０が配設されている。この電極２０は、メッキや真
空蒸着等の手段により誘電体１８上に直接形成すること
も可能であるが、熱膨張率の違いで剥離変形することが
あるので、図示実施形態では、ステンレス鋼等の耐蝕性
金属箔から成る格子状電極２０を誘電体１８上に載置す
ることとしている。この電極２０は、オゾン発生装置１
０を図１の如く組み立てた状態において、電極ホルダ２
２により弾性的に押圧され、所定の位置に固定される。
電極ホルダ２２については後述する。

【００１６】上記構成の放電モジュール１２は同一構成
のものが１対用意され、格子状電極２０同士が対向する
ようにして互いに平行に配置される。放電モジュール１
２ａ，１２ｂ間にはスペーサ１４が配置され、放電モジ
ュール１２ａ，１２ｂ間に一定の間隔が形成されるよう
構成されている。スペーサ１４は、放電モジュール１２
ａ，１２ｂの周縁部全周にわたって連続的に延びる矩形
の環状体であり、硬質テフロン或はマイカ積層体等の絶
縁材料で且つ強固な耐オゾン性を有する材料から構成さ
れている。スペーサ１４には、一方の放電モジュール１
２ａから他方の放電モジュール１２ｂに延びる貫通孔２
４ｃが複数個、周縁に沿って所定の間隔で形成されてお
り、整列された貫通孔２４ａ，２４ｂ，２４ｃにボルト
２６を通してナット（図示せず）で締め付けることで、
スペーサ１４は放電モジュール１２ａ，１２ｂ間で気密
に挟持される。放電モジュール１２ａ，１２ｂ及びスペ
ーサ１４により囲まれる密閉空間２８には各放電モジュ
ール１２の格子状電極２０が露出しており、この密閉空
間２８内で沿面放電を起こさせ、オゾンを発生させるこ
とができる。なお、このオゾン発生空間２８の気密性を
より向上させるために、図示しないが、スペーサ１４の
各面と対応の放電モジュール１２との間に軟質テフロン
等のシール材を介在させることが好適である。また、オ
ゾンがアース電極１６に触れると、当該電極１６を腐食
する恐れがあるため、誘電体１８とスペーサ１４との間
に隙間が生じないよう寸法決めし、或は、誘電体１８を
アース電極１６の内面全面に配置する等の手段を施すこ
とが好ましい。

【００１７】スペーサ１４の上部部分の中央から内方に
向って、ステンレス棒のような導電性の棒状部材３０が
延びており、この棒状部材３０に耐オゾン性材料、例え
ばアルミナのようなセラミックや集成マイカ等が被覆さ
れている。この棒状部材３０の先端には前述した電極ホ
ルダ２２が接続されている。電極ホルダ２２は、ステン
レス鋼等の耐オゾン性の導電材料から成る円形の環状部
材である。無負荷状態での電極ホルダ２２の外径は放電
モジュール１２ａ，１２ｂ間の間隔よりも大きく、外周
面が放電モジュール１２ａ，１２ｂのほぼ中心に向くよ
うに位置決めされている。従って、スペーサ１４を放電
モジュール１２ａ，１２ｂ間に組み付けた状態では、電
極ホルダ２２は放電モジュール１２ａ，１２ｂ間で圧縮
され、その弾性復帰力が格子状電極２０に作用し、電極
２０を誘電体１８上に押圧支持するようになっている。

【００１８】また、電極ホルダ２２に電気的に接続され
ている棒状部材３０には、外部の高周波高圧電源３２か
ら延びる電源線３４が接続されており、格子状電極２０
に高周波高電圧を印加することが可能となっている。

【００１９】スペーサ１４の上部部分の一端側には、オ
ゾン発生空間２８に連通する原料ガス導入用ポート３６
が形成されている。このポート３６は原料ガス供給装置
（図示せず）に接続され、原料ガスとして酸素又は空気
が供給される。また、スペーサ１４の上部部分の他端側
には、オゾン発生空間２８内で生成されたオゾンを取り
出すためのオゾン取出し用ポート３８が形成されてい
る。

【００２０】このような構成において、オゾン発生空間
２８を所定の圧力に減圧し、アース電極１６を接地する
と共に、電源線３４、棒状部材３０及び電極ホルダ２２
を経て格子状電極２０に高周波高電圧を印加すると、各
放電モジュール１２ａ，１２ｂにおける格子状電極２０
の周囲の誘電体表面に沿って沿面放電が生ずる。この
際、薄い格子状電極２０は電気的吸引力により誘電体１
８に密着する。そして、所定流量で原料ガスを原料ガス
導入用ポート３６からオゾン発生空間２８内に導入する
と、原料ガスに含まれている酸素が沿面放電により酸化
してオゾンとなる。このようにして生成されたオゾン
は、オゾン取出し用ポート３８から取り出され、所定の
オゾン利用箇所に送られる。

【００２１】上述のオゾン発生プロセスにおいて、放電
によりオゾン発生空間２８内の温度、特に格子状電極２
０の近傍部分の温度は上昇する。このため、本発明によ
るオゾン発生装置１０は、オゾン発生空間２８内を冷却
するための冷却装置４０を備えている。図示の冷却装置
４０は、電気冷却素子であるペルチェ素子４２から構成
されており、各放電モジュール１２ａ，１２ｂのアース
電極１６の外面に取り付けられている。ペルチェ素子４
２はペルチェ効果を利用した電気冷却素子ないしは熱電
半導体であり、直流電流を所定方向に流した場合、一端
から他端に熱が移動し両端に温度差が生ずる。本明細書
では、ペルチェ素子４２の低温側となる端部を吸熱部４
４、高温側となる端部を放熱部４６と称することとす
る。

【００２２】各冷却装置４０において、ペルチェ素子４
２は適当な個数、好ましくはオゾン発生空間２８におけ
る熱を十分に吸収することのできる個数設けられてお
り、吸熱部４４又は放熱部４６を同一の側に向けた状態
で適当な配列で配置されている。これらのペルチェ素子
４２の吸熱部４４及び放熱部４６には、それぞれ、熱伝
導性の良好な材料、好ましくはアルミニウム又はアルミ
ニウム合金から成る吸熱板４８及び放熱板５０が接着な
いしは他の適当な手段により固着されており、これによ
り１個の冷却装置４０を構成している。

【００２３】冷却装置４０の吸熱板４８は、アース電極
１６の外面の中央部に密着した状態で、ねじ止め等の手
段により取り付けられる。吸熱板４８は、発熱源となる
部分、すなわち沿面放電が生ずる領域と同程度の大きさ
とすることが好ましく、また、発熱源となる部分の正反
対の位置に配置することが好ましい。

【００２４】図示実施形態において、アース電極１６の
外周部分は吸熱板４８により覆われていないが、この部
分には断熱材５２が配置され、当該部分から冷却熱が外
部に逃げるのを防止している。また、冷却装置４０の放
熱板５０の外面には、ペルチェ素子４２の冷却効果を向
上させるために、放熱フィン５４が設けられている。

【００２５】前記構成において、各冷却装置４０のペル
チェ素子４２に直流電源５６を接続し電流を流すと、オ
ゾン発生プロセスで放電より発生した熱は、誘電体１
８、アース電極１６及び吸熱板４８を経てペルチェ素子
４２の吸熱部４４に吸収される。オゾン発生空間２８を
画成する壁体の一部であるアース電極１６はアルミニウ
ムのような熱伝導性の良好な材料から作られ、また、そ
の上の誘電体１８は非常に薄いため、オゾン発生空間２
８内の熱は冷却装置１０により効率良く吸収される。ま
た、発熱部分の背面に冷却装置４０の吸熱板４８が直接
取り付けられるので、発熱部分からオゾン発生空間２８
に伝わる熱量を低減することができ、温度上昇を抑制す
ることができる。更に、ペルチェ素子４２の吸熱部４４
の温度は氷点下とすることができるため、冷却能力自体
も水冷式や空冷式に比して格段に優れている。

【００２６】冷却装置４０の吸熱板４８に吸収された熱
は、各ペルチェ素子４２の吸熱部４４から放熱部４６に
移動し、放熱板５０、放熱フィン５４を経て外部に放出
される。放熱を効率良く行い、ペルチェ素子４２の冷却
効果を上げるために、放熱フィン５４にファン（図示せ
ず）で風を送り、空冷することが好適である。

【００２７】このように電気的にオゾン発生空間２８を
冷却することができるので、外部環境に温度変化等が生
じても、通電量を変化させる等の制御を行うことによ
り、オゾン発生空間２８の温度を安定した低温状態に保
つことが可能となる。オゾンは一旦発生した後も、熱に
より容易に酸素に戻ってしまうため、オゾン発生空間２
８内を低温安定状態に維持できることは、高濃度のオゾ
ンを安定した割合で取り出すことを可能とするものであ
る。

【００２８】以上、本発明の好適な実施形態について述
べたが、本発明は上記実施形態に限定されないことはい
うまでもない。例えば、上記実施形態におけるオゾン発
生装置は、二つの放電モジュールを有する型式のもので
あるが、放電モジュールが１個のみ又は３個以上のオゾ
ン発生装置或は他の型式の放電式オゾン発生装置にもに
も本発明は適用可能である。

【００２９】また、冷却装置の取付位置や形状、或は、
ペルチェ素子の個数等も発熱部位や発熱量等に応じて適
宜変更され得るものである。

【００３０】

【発明の効果】以上から理解されるように、本発明によ
れば、ペルチェ素子に代表される電気冷却素子を用いて
オゾン発生装置の密閉空間、すなわちオゾン発生空間を
十分に冷却することができる。従って、熱によるオゾン
の自己分解を抑制することができ、高濃度のオゾンを取
り出すことができる。

【００３１】また、本発明のオゾン発生装置によれば、
オゾン発生及び冷却を共に電気エネルギだけで賄えるた
め、電気エネルギが得られる環境であれば使用可能であ
る。

【００３２】更に、電気的な制御により冷却効果を調節
することができるので、使用環境によらず所望のオゾン
発生効率を確保することが可能となり、コストパフォー
マスンにも優れたものとなる。

【００３３】更にまた、水冷式の問題、例えば水道水の
確保やコスト、漏水対策等の問題は一切考慮する必要が
ないため、オゾン発生装置の構成を簡略化することがで
きる。加えて、電気式の冷却装置は水冷式や空冷式の冷
却装置に比して相当に小型であるため、オゾン発生装置
の小型化も図ることができる。

【００３４】このような種々の効果を奏することから、
当該オゾン発生装置の適用範囲は水冷式や空冷式の従来
装置に比して格段に広がり、オゾンの有効利用に寄与す
ることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるオゾン発生装置の一実施形態を概
略的に示す縦断面図である。

【図２】図１に示すオゾン発生装置の分解斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０…オゾン発生装置、１２ａ，１２ｂ…放電モジュー
ル、１４…スペーサ、１６…アース電極、１８…誘電
体、２０…格子状電極、２２…電極ホルダ、２８…密閉
空間（オゾン発生空間）、３２…高周波高圧電源、４０
…冷却装置、４２…ペルチェ素子（電気冷却素子）、４
８…吸熱板、５０…放熱板、５２…断熱材、５６…直流
電源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉空間内で放電を起こし、前記密閉空
   間内に導入された原料ガス中の酸素を酸化してオゾンを
   発生させるオゾン発生装置において、前記密閉空間を画
   す壁体の外面に、電気冷却素子を備える冷却装置を取り
   付けたことを特徴とするオゾン発生装置。
2. 【請求項２】 前記壁体が、誘電体と、前記密閉空間と
   は反対側の前記誘電体の面に配置されたアース電極と、
   前記密閉空間側の前記誘電体の面に配置され高周波高電
   圧が印加される電極とから成り、前記冷却装置が前記ア
   ース電極の外面に取り付けられることを特徴とする請求
   項１に記載のオゾン発生装置。