JPH1179709A

JPH1179709A - オゾン発生装置

Info

Publication number: JPH1179709A
Application number: JP23289597A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Yanagi; 謙一柳; Toshiyuki Ota; 利行大田; Koichi Kurita; 耕一栗田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1999-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】電極単位面積あたりの放電中柱の数が増加する
とともに、電極の表面積が増加し、放電部ガス冷却効率
が向上する。【解決手段】平板金属電極２に誘電体３を密着した第１
の電極１と、この第１の電極１の誘電体３面に近接して
設けられた微小突起電極４とを有し、第１・第２の電極
間の空隙部で無声放電を発生させてオゾン発生を行うオ
ゾン発生装置において、前記微小突起電極４の放電発生
部側の主面に直径１ｍｍ以下の微小突起５を設けたこと
を特徴とするオゾン発生装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はオゾン発生装置に関
し、特に水処理技術に利用されるオゾン発生装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】無声放電法によるオゾン発生の原理は、
以下のとうりである。これを、例えば図６を例に説明す
る。まず、一主面にガラスなどの誘電体61が形成された
金属製の平行平板電極62と、別な金属製の平行平板電極
63とを、両者間に空隙部が形成されるように配置する。
そして、平行平板電極62、63間に高周波電源64で電圧を
印加することにより、空隙部でパルス状の放電が多数発
生する。この放電は、直径約２００μｍ程度の多数の放
電柱により形成されている。この放電柱の放電形態はパ
ルス放電であり、立ち上がりが極めて早く、パルス幅も
１０ナノ秒以下と短い。このため、電極空隙中を通過す
る原料ガスは放電中の電子と衝突し、原料ガス中の酸素
分子を解離させて酸素原子を生成し、この酸素原子が酸
素分子と結合してオゾンを生成する。

【０００３】また、従来、図７に示すように、ガラス製
の二重円筒管71の内周面に金属蒸着電極72を配置すると
ともに、二重円筒管71の外側に金属電極73を配置し、前
記金属蒸着電極72、金属電極73に高周波電源74を配置し
た構成の放電管も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来法
の無声放電を利用したオゾン発生装置は、消費電力に対
するオゾンの生成効率が理論値より低く、電力の多くが
変化しているの現状である。このため、オゾン生成のた
めのランニングコストの上昇を引き起こし、オゾンによ
る水処理技術普及のための障害となっている。

【０００５】このオゾン生成効率を向上させるには、電
極形状や誘電体の種類、放電間隔、冷却方法等多数の因
子が存在するが、本発明では放電電極形状に着目した。
また、従来の無声放電発生法では、放電発生部の金属電
極と誘電体の表面状態は通常なめらかで表面粗さは極め
て少ない。このような電極で放電を発生させると、無声
放電を形成する放電柱の数は、電極の単位面積あたり約
４〜１２（本／ｃｍ）程度であることが知られている。
しかるに、オゾンの生成効率を向上させるには、無声放
電を形成する放電柱の数を増加させる必要がある。

【０００６】本発明はこうした事情を考慮してなされた
もので、電極単位面積あたりの放電中柱の数が増加する
とともに、電極の表面積が増加し、放電部ガス冷却効率
が向上するオゾン発生装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、平板金属電極
に誘電体を密着した第１の電極と、この第１の電極の誘
電体面に近接して設けられた第２の電極とを有し、第１
・第２の電極間の空隙部で無声放電を発生させてオゾン
発生を行うオゾン発生装置において、前記第２の電極の
放電発生部側の主面に直径１ｍｍ以下の微小突起を設け
たことを特徴とするオゾン発生装置である。

【０００８】本発明において、前記微小突起は、例え
ば、突起形成予定部に対応する平板電極に選択的に複数
の穴を開け、これらの穴に金属微粒子を埋込んだ後、金
属微粒子が形成された平板電極表面をメッキ処理により
加工して前記金属微粒子をメッキ層で埋込み、さらに金
属微粒子を埋込んだ反対側の面をエッチングすることに
より得られる。

【０００９】また、上述した方法の他に、より簡便な方
法として、以下に述べる方法で電極に微小突起を形成す
ることが可能である。即ち、粒径の揃った金属製の微粒
子を液中に分散させ、電極基板上にランダムに付着させ
る。このとき、微粒子が固まらないよう、分散させる微
粒子の濃度を十分低く設定する。そして、電極上に微粒
子が付着した段階でメッキを施すと、金属電極上に突起
の位置はランダムだが突起高さが一定の微小突起を形成
することができる。

【００１０】こうした手法により微小突起を形成するこ
とにより、微小突起の高さの精度を±０．１μｍ以下に
抑えることができ、高精度な微小突起電極の作成が可能
となる。なお、前記微小突起の密度は任意に設定可能だ
が、通常は、単位面積あたり約３００（個／ｃｍ）程度
に設定する。本発明において、前記微小突起の高さは１
〜１０００μｍ（ミクロン）で、各突起の高さは±１０
μｍ（ミクロン）の範囲にあることが好ましい

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係るオ
ゾン発生装置について図１及び図２（Ａ），（Ｂ）を参
照して説明する。ここで、図１は本実施例に係るオゾン
発生装置の全体図、図２（Ａ）は同装置の一構成である
微小突起電極の斜視図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＸ−
Ｘ線に沿う部分断面図である。

【００１２】図中の符番１は、平板金属電極２に誘電体
３を密着した第１の電極である。この第１の電極１の誘
電体面側には、第２の電極としての微小突起電極４が第
１の電極１との間に空隙部を有するように近接して設け
られている。ここで、微小突起電極４の放電発生部側の
主面には、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように直径１ｍｍ
以下の多数の微小突起５が等間隔で設けられている。前
記第１の電極１には、高周波高電圧電源６が接続されて
いる。前記第１の電極１と微小突起電極４の空隙部に
は、原料ガス７が供給されるようになっている。

【００１３】前記微小突起電極４は、図３（Ａ）〜
（Ｄ）に示すような工程で作成される。 (1) まず、例えばアルミニウムからなる基板41上に、ア
クリル系ポリマーで厚さ１５μｍのレジストパターン42
を形成する（図３（Ａ）参照）。ここで、レジストパタ
ーン42は、図４に示す如く、間隔がピッチ（Ｌ）０．５
ｍｍの等間隔で直径約０．０８ｍｍの穴43が正方格子状
に配置されている。

【００１４】(2) 次に、基板41のレジストパターン42を
施していない部分をゴムで保護した後、電解エッチング
を施す。このプロセスで、エッチングによりレジストパ
ターン42の穴が開いた部分のアルミニウムの腐食が促進
し、基板41に穴44が形成される（図３（Ｂ）参照）。

【００１５】(3) 次に、前記レジストパターン42をアル
カリで溶解する。この段階で、タングステンやＳＵＳか
らなる粒径の揃った金属微粒子45を基板41の穴44に埋め
込み配置する。つづいて、金属微粒子45を埋め込んだ基
板41上に無電界メッキでＮｉとかＡｕ，Ａｇ，Ａｇ，Ｐ
ｔなどの金属メッキを施し、メッキ層46を形成する（図
３（Ｃ）参照）。

【００１６】(4) 次に、電解エッチングにより金属微粒
子45を埋込んだ反対側の基板41面をエッチングし、埋め
込まれた金属微粒子45を露出させる（図３（Ｄ）参
照）。このようなプロセスを経てエッチングによる加工
を施すことにより、図２に示すように微小突起５ががほ
ぼ一定の高さの高精度な微小突起電極４が得られる。

【００１７】上述した構成のオゾン発生装置において
は、第１の電極１に高周波高電圧電源６から高周波の高
電圧を用いて印加する。これにより、微小突起電極４と
誘電体３の空隙で無声放電が発生し、原料ガス７がこの
空隙を通過する際に、電子衝突により酸素分子が解離し
酸素原子が生成し、これが酸素分子と結合してオゾンが
発生する。

【００１８】こうした構成のオゾン発生装置のように、
微小突起電極４を用いてオゾン発生試験を実施すると、
従来の放電と比べ微小突起電極を採用したことによる以
下の作用が生じる。

【００１９】1)微小突起電極４が電極単位面積あたり約
３００（個／ｃｍ）程度あり、これらの突起の高さが略
一定であることから、電極単位面積あたりの放電中柱の
数が増加する。

【００２０】2)微小突起電極４の表面に微小突起５を多
数設けたため、電極の表面積が増加し、放電部ガス冷却
効率が向上する。図５は、本発明のオゾン発生装置に用
いた微小突起電極と従来の平板電極を用いた場合の夫々
のオゾン発生収率を示す特性図を示す。図５より、本発
明に係る微小突起電極はオゾン発生収率の向上に有効で
あることが分かる。

【００２１】なお、上記実施例では、エッチングにより
微小突起電極を形成する場合について述べたが、これに
限らず、若干微小突起の高さの精度が落ちるが、以下の
ような手法により行なってもよい。即ち、まず、金属微
粒子の粒径を揃えておき、金属微粒子をメッキ液中に均
質に分散させる。次に、この状態で金属基板を液中に設
置し、金属微粒子を基板に沈殿させる。ここで、金属微
粒子が金属基板に付着したことを確認し、基板を移動さ
せずにメッキを施す。このようなプロセスを経て、粒径
の揃った金属微粒子がランダムに多数付着した微小突起
電極を製作する。この電極を用いて、図２で示した電極
と同様に、図１に示すオゾン発生装置の微小突起電極と
して使用することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、微
小突起を多数設けた微小突起電極を用いてオゾン発生試
験を実施した結果、従来法に比べ以下に示す効果が得ら
れた。まず、無声放電を形成する放電柱が電極表面の微
小突起部で発生するため、従来の放電方式に比べ放電柱
の数を増加させることができ、オゾン生成効率が向上し
た。また、多数の微小突起が設けられているため、従来
電極に比べ電極の表面積が広くなり、放電部のガス冷却
効率が向上し、オゾン消滅反応が抑制されることにより
オゾン生成効率が向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るオゾン発生装置の説明
図。

【図２】図１のオゾン発生装置の一構成である微小突起
電極の説明図で、図２（Ａ）は斜視図、図２（Ｂ）は図
２（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う部分断面図。

【図３】図２の微小突起電極の製造方法を工程順に示す
断面図。

【図４】図３（Ａ）のレジストパターンのパターン形状
を示す平面図。

【図５】本発明のオゾン発生装置に用いた微小突起電極
と従来の平板電極を用いた場合の夫々のオゾン発生収率
を示す特性図。

【図６】従来の平行平板電極を用いた放電管の説明図。

【図７】従来の２重円筒型の内外に電極と取り付けた放
電管の説明図。

【符号の説明】

１…第１の電極、２…平板金属電極、３…誘電体、４…微小突起電極、５…微小突起、６…高圧高周波電源、７…原料ガス、 41…基板、 42…レジストパターン、 44…穴、 45…金属微粒子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板金属電極に誘電体を密着した第１の
電極と、この第１の電極の誘電体面に近接して設けられ
た第２の電極とを有し、第１・第２の電極間の空隙部で
無声放電を発生させてオゾン発生を行うオゾン発生装置
において、前記第２の電極の放電発生部側の主面に直径１ｍｍ以下
の微小突起を設けたことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】前記微小突起は、突起形成予定部に対応
する平板電極に選択的に複数の穴を開け、これらの穴に
金属微粒子を埋込んだ後、金属微粒子が形成された平板
電極表面をメッキ処理により加工して前記金属微粒子を
メッキ層で埋込み、さらに金属微粒子を埋込んだ反対側
の面をエッチングすることにより得られることを特徴と
する請求項１記載のオゾン発生装置。
【請求項３】前記微小突起の高さは１〜１０００μｍ
で、各突起の高さは±１０μｍの範囲にあることを特徴
とする請求項１記載のオゾン発生装置。