JPH10182110A

JPH10182110A - オゾン発生器

Info

Publication number: JPH10182110A
Application number: JP28540297A
Authority: JP
Inventors: William Leslie Cole; レズリーコールウイリアム
Original assignee: Ozone Industries Ltd
Current assignee: Ozone Industries Ltd
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1998-07-07
Also published as: EP0837032A1; GB9721617D0; GB9621663D0; GB2318490A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】効率的かつ充分なオゾン生成を行うことがで
きるオゾン発生器を提供する。【解決手段】本発明は少なくとも１つのオゾン化要素
８を備え、該少なくとも１つのオゾン化要素８は第１の
電極２、第２の電極４、および高電圧をこれら電極間に
接続するための手段からなり、各オゾン化要素８は酸素
供給下で高電圧が第１および第２の電極２，４間に印加
されるとオゾンを生成できるようになっており、第１の
電極２が、誘電基体３の１面に設けられた導電物質層か
らなり、第２の電極４が、基体３の裏面に設けられた導
電物質層からなるオゾン発生器に関する。好ましくは、
第１の電極２はセラミック基体３上に設けられたチタン
層からなり、第２の電極４は、基体３の裏側上の導電イ
ンク層、例えば金インクのような金属インクからなる。
ヒートシンクを設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はオゾンを生成するた
めのオゾン発生器に関する。

【０００２】

【従来の技術】オゾンは「活性化酸素」とも称される酸
素の同素体であり、４番目に強い酸化剤である。その化
学式はＯ₃ であり、酸素に対する紫外光の作用によって
形成される。オゾンは高圧高周波交流源を２本の電極の
間に接続し、酸素含有ガス、例えば空気を電極間に通す
ことによる無音放電によって生成することができる。空
気が電極間を通過するにつれて、酸素分子のいくらかが
励起されてオゾン分子を生成する。これは下式３Ｏ₂ ＝２Ｏ₃ で表される。この反応は吸熱的である。

【０００３】無音放電を用いたオゾンの生成は１００年
以上前から知られており、一般的なオゾン発生器の形態
はジーメンス（Ｓｉｅｍｅｎｓ）発生器であり、これは
Ｂ．ムーディ（Ｍｏｏｄｙ）著「比較無機化学（Ｃｏｍ
ｐａｒａｔｉｖｅＩｎｏｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｓ
ｔｒｙ）」、２０７頁に記載され、１８５８年に開発さ
れたものである。

【０００４】オゾンは効果的な消毒および脱臭剤であ
る。オゾンは細菌の分子構造を分解することによって細
菌を殺すことができる。したがって、空気中の有害な化
学薬品や表面細菌によって引き起こされた不快もしくは
有害な臭気が存在する場所において、オゾンは細菌を殺
し、化学薬品の分子構造を分解し、その結果、消毒およ
び脱臭を行う。０．１ｐｐｍという低濃度でも、オゾン
は有効な殺菌剤である。オゾンは不安定であるため、い
かなる残留物も生じることなく分解して酸素となる。ま
た、オゾンは水に溶かして、水を殺菌するためにも使用
することができる。

【０００５】これらの特性のため、オゾン化工程すなわ
ちオゾン処理は、例えば台所における調理表面の殺菌、
公衆便所の消毒および脱臭、ならびに溶解された状態で
塩素の代用としての水泳プールの殺菌等、多くの用途を
有している。

【０００６】典型的には消毒および脱臭用にオゾンを生
成するための市販の装置が公知である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】公知の一般にオゾナイ
ザと称されるオゾン発生器は発生セルを備え、この発生
セルは内側にアルミニウムコーティングを有するガラス
管を備え、このガラス管はステンレススチール管内に同
軸に配されている。スペーサを用いることによってガラ
ス管とステンレススチール管との間に均一な間隙が確保
される。アルミニウムコーティングは高電圧源に接続さ
れ、ステンレススチール管は接地される。ステンレスス
チール管は第１の電極を形成し、アルミニウムコーティ
ングは第２の電極を形成し、これら２つの電極は誘電体
すなわちガラスと、空気間隙とによって分離されてい
る。酸素含有ガスは間隙に沿って通過し、高電圧交流電
流が電極間に印加され、この結果、無音放電によってガ
ス中の酸素分子からオゾン分子が生成される。余剰エネ
ルギ（すなわちオゾンを形成するための反応に使用され
ない電圧に由来するエネルギ）は熱として散逸するた
め、発生セルは過熱防止のために水冷ジャケットで包囲
される。

【０００８】しかしながら、これらの発生セルはガラス
破損を生じやすく、６ヶ月間で５０％が破損することも
ある。

【０００９】他の型の公知のオゾナイザは、内側に銀鏡
面コーティング、外側にステンレススチールメッシュを
有するガラスもしくはセラミック管を備えた発生セルを
使用するものである。

【００１０】これらの発生セルは過熱されやすく、この
過熱は鏡面コーティングによって増大し、セルは電気的
に分解して小さな断片になることがある。これはガラス
の不純物やステンレススチールメッシュの形状の起伏に
よってさらに増大する。

【００１１】鏡面コーティングは基体への接着性が弱
く、時間を経ると共に剥がれやすくなる。

【００１２】セラミックスは誘電体として使用されてき
たが、これらが使用される場合、空気間隙の寸法が効率
的かつ充分なオゾン生成に極めて重要となり、これが満
たされなければ無音放電は管の１面のみで生じるように
なる。その要求される公差でセラミックスを製造するこ
とは極めて困難である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも１
つのオゾン化要素を備えたオゾン発生器であって、該少
なくとも１つのオゾン化要素は第１の電極、第２の電
極、および高電圧をこれら電極間に接続するための手段
からなり、各オゾン化要素は酸素供給下で高電圧が第１
および第２の電極間に印加されるとオゾンを生成できる
ようになっているオゾン発生器において、第１の電極
が、誘電基体の１面に設けられた導電物質層からなり、
第２の電極が、該基体の裏面に設けられた導電物質層か
らなることを特徴とするオゾン発生器を提供する。

【００１４】第１の電極はセラミック基体上に設けられ
たチタン層からなるものとすることができ、第２の電極
は、基体の裏側上の導電インク層、例えば金インクのよ
うな金属インクからなるものとすることができる。チタ
ン層はチタン粉末を用いるプラズマ溶射法によって形成
することができる。このオゾン発生器は２つ以上の前背
面電極対を含むこともできる。このオゾン発生器は安価
で製造が容易であり、概念的にモジュール化されている
という利点を有している。前面のチタン電極が金属層で
あるため、その構造は従来の発生器よりも静電ノイズが
少なく、したがって、本発明の発生器は公知の装置より
も電磁的な適合性が優れている。溶射された金属層は、
特に製造中において、破損しにくく、したがって大規模
生産が可能である。また、電極は、オゾンが生成される
化学的に攻撃的な環境において腐食しにくい。前背面電
極および誘電基体からなるオゾン化要素はクリーニング
のために取り外し可能とすることができ、また、前面お
よび背面電極が誘電基体上に層として形成されるため、
クリーニング耐性に優れている。

【００１５】オゾン発生セルにはヒートシンクを設ける
こともできる。好ましくは、ヒートシンクは少なくとも
１つのアルミニウムブロックを備える。このヒートシン
クは冷却フィンのアレイからなるものとすることができ
る。好ましくは、ヒートシンクは熱伝導性の樹脂もしく
は接着剤によってオゾン発生セルに接着される。第２の
電極は導電性の樹脂もしくは接着剤からなるものとする
ことができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１７】発生セル１は１つ以上の要素８からなり、
各要素８は基体３上に形成された前面電極２を備えてい
る。基体３の裏面上には背面電極４が設けられている。
前面電極２は以下に詳述するようにチタン粉末の溶射層
として形成されたチタンの指状体からなる。背面電極４
は例えばヘラエウス（Ｈｅｒａｅｕｓ）Ｃ４０８１のよ
うな導電性インク層である。高電圧源Ｖを接点領域５，
６によって前背面電極２，４間に接続することができ
る。前面接触領域６は前面電極２に接触する基体３の１
端に隣接する導電性インク片からなる。また、背面接触
領域５も背面電極４に接触する基体３の裏面上の他端に
隣接する導電性インク片からなり、図２に示すように、
背面電極４とともにＴ字状の導電性インク領域を形成す
る。背面電極４および接触領域５，６はシルクスクリー
ン法で形成されている。

【００１８】例えば空気のような酸素含有ガスを前面電
極近傍に通し、高電圧Ｖを２つの電極２，４の間に印加
することによって、オゾンがチタン指状体の近傍に発生
する。高密度アルミニウム板を基体３とし、幅が約１ｍ
ｍ、長さが約４０ｍｍの前面電極４、および適切な電源
を用いると、毎時約５０ｍｇのオゾン出力を得ることが
できる。背面電極は典型的には長さが約４０ｍｍ、幅が
約４ｍｍである。高電圧Ｖは、接触領域５，６に半田付
けされた接続線１４，１５を用いて高電圧源Ｖを接触領
域５，６に接続することによって前背面電極間に接続さ
れる。あるいは、半田付けされた線による接続に代え
て、金属スプリングクリップを用いて接触領域５，６に
接触させることもできる。これにより、前背面電極を設
けたセラミック基体３からなる要素１７を取り外してク
リーニングすることが可能になる。好ましくは、要素１
７は、溶媒を染み込ませた柔らかな物質、例えばアルコ
ールに漬けた綿などで拭くことによってクリーニングさ
れる。

【００１９】図５の発生セル構成例に示すようなシリコ
ーンラバー樹脂２６が背面電極４およびその接触領域５
を覆って設けられ、酸化を防止する。

【００２０】発生セル１が２つ以上の要素８を備える場
合、各前面電極２は充分な間隔をおいて配し、高電圧が
印加された時にオゾンが発生するようにしなければなら
ない。これらが接近しすぎていると、オゾンは形成され
ない。この間隔は経験的に決定しなければならないが、
典型的には最小間隔は約５ｍｍであることが認められ
た。

【００２１】オゾン発生セルは典型的には寸法１０ｃｍ
×９ｃｍ、厚さ０．５ｍｍのアルミナ製タイル１０を用
いて製造される。シルクスクリーン法を用いて、６対の
背面電極４ａ，４ｂおよび各々の接触領域５ａ，５ｂを
アルミナ製タイル１０の、上述のように裏面である１面
１３に形成する。次いで、またシルクスクリーン法を用
い、上面１２上に前面電極２のための接触領域６となる
導電性インク１１の中央領域を形成する。

【００２２】最後に１０枚のタイル１０を裏板（図示せ
ず）上に５×２のアレイとして配置する。タイル１０の
上面１２に適切なマスクを配して、各タイルに６個の１
ｍｍ×８０ｍｍのチタン指状体１６からなるパターンを
得る。

【００２３】チタン指状体１６は形状寸法が不揃いの、
典型的には直径５〜２５ミクロンの粒子からなるチタン
粉末を用いて、プラズマ溶射法で形成される。プラズマ
溶射は基体上に物質を蒸着するための公知の技術であ
る。これには、アークが収縮ノズル内に含まれるプラズ
マトーチを用いる。不活性ガスをノズルおよびアークに
通すと、解離して部分的にイオン化され、これによっ
て、ガス温度が上昇する。さらに制御を行うために副ガ
スを追加することもできる。次いで粉末物質をガス流中
に注入すると、粉末粒子は溶融して基体に向かって加速
され、基体表面に衝突し、押しつぶされて冷却される。
冷却されるにつれて粒子は基体の粗い表面に接触かつ接
着する。上述のチタン指状体１６を製造するには、典型
的には６ｍｍアルゴンノズルを用い、アルゴンを主ガ
ス、水素を副ガスとする。５００Ａのアーク電流を用
い、インジェクタ径を１．８ｍｍとする。チタン粉末の
酸化を防止するため、アルゴンの環状被覆を約６０ｐｓ
ｉの圧力で使用する。蒸着は作業間隔１１０ｍｍで行わ
れる。

【００２４】ロボットアームがプラズマトーチを保持
し、典型的には５０ミクロンである所望の厚さが得られ
るまで何回も通過するようにタイル１０上を走査する。

【００２５】チタン指状体１６が形成され、シリコーン
ラバーコーティングが背面電極４および接触領域５上に
配されてから、発生セル１自体が形成される。

【００２６】図４ａに点線で示すように各タイル１０に
は５本の略等間隔な水平線および略中心に位置する１本
の垂直線が形成される。

【００２７】次いで、タイル１０は１２個の単一要素８
もしくは１タイル１０あたり最大１２個の要素８からな
る複数の要素を備えた発生セルに分離される。これらの
発生セルはオゾンを形成するためにオゾン発生器中に使
用することができる。

【００２８】図５に示す本発明の別の実施例においては
ヒートシンク２２，２３をオゾン発生セル１００に設け
る。この実施例はセル１００からの熱の散逸を可能に
し、過熱を防止する。オゾン発生セル１００はこの実施
例では複数の要素からなるが、他の実施例のように単一
の要素８からなるものでもよく、上述のようにして製造
される。オゾン発生セル１００は中空チャンバ２０を備
え、これは４つの側壁を有するシリコーンラバー製ガス
ケット２１に内包されて形成されている。別の実施例で
は、ガスケット２１は適当な非導電性物質のいずれかか
らなるものとすることができる。ガスケット２１は上部
および下部アルミニウムブロック２２，２３の間に挟ま
れ、それらの内面２２ｂ，２３ｂが中空チャンバ２０を
取り囲む。上部および下部アルミニウムブロック２２，
２３は中実であり、各々外表面２２ａ，２２ｂから各ア
ルミニウムブロック２２，２３の面に対して略９０度を
なして延びる平行な冷却フィン２５のアレイを備える。
アルミニウムブロック２２，２３は上下ヒートシンクを
構成し、オゾン発生セル１００から外部への熱の散逸を
可能にする。

【００２９】オゾン発生要素８は、オゾン発生セル１０
０のアルミナ製タイル１０の下面１３がエポキシ接着剤
層２４を介して下部アルミニウムブロック２３の内面２
３ｂに固定されるようにチャンバ２０内に配される。ま
た、アルミナタイル１０の周囲にシリコーン封止剤２６
を設けて電極接点の酸化を防止する。中空チャンバ２０
内部の残りの部分は空気もしくは酸素含有ガス混合物も
しくは純粋な酸素で充填される。前面電極１６を担持す
るアルミナタイル１０の上面１２はしたがって酸素と接
触し、オゾン形成を可能にする。シリコーンガスケット
２１には出口が設けられ、前面電極１６に接続する高圧
供給線１４を通すようになっている。

【００３０】エポキシ接着剤２４は導電性であり、した
がって、それに接触する下部アルミニウムブロック２３
と共に背面電極４ａ，４ｂのための電気的接地手段を形
成する。別の実施例では接着剤層２４が完全に背面電極
４ａ，４ｂの代わりとなるが、本実施例では背面電極４
ａ，４ｂが存在しており、これらは上述のように金イン
クのような金属製の導電性インクからなる。

【００３１】また、ガス入口２７およびガス出口２８が
設けられ、これらはそれぞれ上部アルミニウム層２２の
開口からなり、チャンバ２０内に通じている。別の実施
例ではこれらの一方もしくは双方が下部アルミニウム層
を貫通しており、また別の実施例ではこれら開口の一方
もしくは双方がシリコーンガスケット２１を貫通してい
る。ガス入口は空気をチャンバ内に流入させ、オゾン生
成用の酸素源を供給し、ガス出口は生成したオゾンをチ
ャンバから排出させる。

【００３２】オゾン発生セル１００の使用時には、電圧
由来の余剰エネルギ（すなわちオゾン生成反応に使用さ
れないエネルギ）は熱として散逸し、これはアルミニウ
ム層２２，２３に伝導される。エポキシ接着剤２４は熱
伝導性であり、空気間隙を介することなくオゾン発生セ
ルの背面電極に直接接触しているため、この領域からの
熱を下部アルミニウム層２３に直接伝導するのに極めて
効率的である。チャンバ２０中のガスからの熱は上部ア
ルミニウム層２２内に転移する。冷却フィン２５はアル
ミニウム層２２，２３の表面積を増大し、したがって、
アルミニウム層２２，２３はヒートシンクとして作用
し、対流によって熱を外部に散逸させる。このようにし
て、セルの過熱が防止され、セルの耐久性および耐用期
間が劇的に増大する。

【００３３】当業者に容易に理解されるように、本発明
の範囲内で多様な変更が可能である。例えば、クロム、
ニオビウム、もしくはジルコニウムをチタニウムの代わ
りに用いることができ、また他の物質を背面電極および
基体に使用することができる。他の適切な蒸着技術を使
用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単一のオゾン発生要素からなる本発明のオゾン
発生セルを示す平面図

【図２】図１のセルの裏面図

【図３】図１および図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断
面図（縮尺は一致せず）

【図４】４ａ，４ｂ，４ｃは図１〜３のオゾン発生セル
の製造方法を示す１つのタイルの平面図、側面図、およ
び裏面図

【図５】ヒートシンクを備えた本発明のオゾン発生セル
の別の実施例を示す側断面図

【符号の説明】

１オゾン発生セル２前面電極３基体４背面電極５背面接触領域６前面接触領域８発生要素１０アルミナ製タイル１１導電性インク中央領域１２上面１３裏面１４接続線１５接続線１６チタン指状体１７発生要素２０中空チャンバ２１ガスケット２２上部アルミニウムブロック（ヒートシンク）２３下部アルミニウムブロック（ヒートシンク）２４エポキシ接着剤層２５冷却フィン２６シリコーンラバー樹脂２７ガス入口２８ガス出口１００オゾン発生セル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つのオゾン化要素を備えた
オゾン発生器であって、該少なくとも１つのオゾン化要
素は第１の電極、第２の電極、および高電圧をこれら電
極間に接続するための手段からなり、各オゾン化要素は
酸素供給下で高電圧が第１および第２の電極間に印加さ
れるとオゾンを生成できるようになっているオゾン発生
器において、第１の電極が、誘電基体の１面に設けられ
た導電物質層からなり、第２の電極が、該基体の裏面に
設けられた導電物質層からなることを特徴とするオゾン
発生器。
【請求項２】第１の電極がチタン層からなることを特
徴とする請求項１記載のオゾン発生器。
【請求項３】プラズマ溶射法を用いて金属物質が誘電
基体上に粉末金属物質粒子として蒸着されていることを
特徴とする請求項２記載のオゾン発生器。
【請求項４】誘電基体上に配された接触領域によって
高電圧源が第１および第２の電極間に接続されているこ
とを特徴とする請求項１記載のオゾン発生器。
【請求項５】第２の電極および／または接触領域が導
電性インク層であることを特徴とする請求項４記載のオ
ゾン発生器。
【請求項６】導電性インクがシルクスクリーン法を用
いて塗布されていることを特徴とする請求項５記載のオ
ゾン発生器。
【請求項７】酸化を防止するために第１もしくは第２
の電極および対応する接点を覆うようにシリコーンラバ
ー樹脂が設けられていることを特徴とする請求項４記載
のオゾン発生器。
【請求項８】少なくとも２つのオゾン化要素を有し、
それらの第１の電極が互いから少なくとも５ｍｍ分離さ
れていることを特徴とする請求項１記載のオゾン発生
器。
【請求項９】第２の電極がエポキシ接着剤等の導電性
樹脂層であることを特徴とする請求項１〜４もしくは６
〜８のいずれか１項記載のオゾン発生器。
【請求項１０】前記オゾン発生器が、少なくとも１つ
のオゾン化要素から熱を伝導させるヒートシンクを備え
ることを特徴とする請求項１記載のオゾン発生器。