JP2019064842A - オゾン生成装置およびエキシマランプ点灯方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エキシマランプを備えたオゾン生成装置において、所望するオゾン生成量（オゾン濃度）で装置を動作させる。【解決手段】オゾン生成装置１において、オゾン濃度０．０５〜０．１０ｐｐｍの範囲でオゾンを生成する低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００と、オゾン濃度１０ｐｐｍ以上でオゾンを生成する高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００を、筐体１０内部のランプ収納室３０に配置する。ユーザの点灯操作に応じて低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００または高濃度オゾン生成用エキシマランプ１００が連続点灯する。【選択図】図２

Description

本発明は、オゾン生成装置に関し、特に、オゾン生成量（オゾン濃度）の調整に関する。

オゾン生成装置では、酸素を含む対象物（例えば空気）に紫外線を照射することによってオゾンを生成する。オゾンの酸化力によって有機物などが分解され、殺菌（滅菌、除菌）、脱臭（消臭）などを行うことができることから、オゾン生成装置は、例えば脱臭機（消臭器）や、ガラス基板などの表面洗浄を行う紫外線照射装置などとして構成することが可能である。また、エキシマランプを紫外線照射ランプとして適用することができる（例えば、特許文献１参照）。

必要とされるオゾン生成量（オゾン濃度）は、その使用環境などに応じて異なる。オゾン生成装置では、定められたオゾン生成量（オゾン濃度）に従って紫外線照射ランプの照度を変化させ、紫外線照射量を調整する。例えば、測定したオゾン濃度に基づいて紫外線照射ランプの入力電圧を制御し、必要なオゾン生成量を維持するように動作させる（特許文献２参照）。

特開２０１４−２２６６０５号公報 特開２００２−０７９２０３号公報

エキシマランプは電圧調整によって紫外線照度を変更できる範囲が狭いため、エキシマランプを用いたオゾン生成装置は、プラズマ放電（無声放電）を用いたオゾン生成装置と比較してオゾン生成量を変更できる範囲が制限される。例えば、エキシマランプを用いたオゾン生成装置では、エキシマランプに対して入力電圧の制御を行っても、使用環境に応じたオゾン濃度で装置を運転することができない場合があり、使用環境が制限される。

したがって、使用環境に応じてオゾンの生成量を変更できるエキシマランプを備えたオゾン生成装置が求められる。

本発明のオゾン生成装置は、脱臭、消臭、殺菌、滅菌、基板表面洗浄その他のオゾンの酸化力を利用する装置に適用可能であり、相対的にオゾン生成量が少ない低濃度オゾン生成用エキシマランプと、相対的にオゾン生成量が多い高濃度オゾン生成用エキシマランプと、低濃度オゾン生成用エキシマランプと高濃度オゾン生成用エキシマランプとを収容する筐体とを備える。

ここでの「低濃度オゾン生成用エキシマランプ」、「高濃度オゾン生成用エキシマランプ」は、所定の環境下で装置を動作させたときの発生するオゾン生成量の観点から、相対的にそれぞれ低濃度オゾン、高濃度オゾンとなるエキシマランプを表す。オゾン生成量は、紫外線照射領域、紫外線強度などに関係し、ランプ構成／構造の違い、ランプ配置環境（ランプ周囲の構成）など様々な特性、要因によって、「低濃度オゾン生成用エキシマランプ」、「高濃度オゾン生成用エキシマランプ」を装置内で関連付けて定義することが可能である。

例えば、放電距離の違いによってオゾン生成量は相違する。したがって、相対的に放電距離の短いエキシマランプを「低濃度オゾン生成用エキシマランプ」、相対的に放電距離の長いエキシマランプ「高濃度オゾン生成用エキシマランプ」と定めることが可能である。また、放電空間領域の違いによってオゾン生成量が相違することから、相対的に放電空間領域が小さいエキシマランプを「低濃度オゾン生成用エキシマランプ」、相対的に放電空間距離の長いエキシマランプを「高濃度オゾン生成用エキシマランプ」と定めることが可能である。

また、電圧制御の観点から「低濃度オゾン生成用エキシマランプ」、「高濃度オゾン生成用エキシマランプ」を定めることも可能である。例えば、電圧制御によって可能な一方のエキシマランプの最少オゾン生成量よりも、他方のエキシマランプのオゾン生成量の方が少ない場合、一方のエキシマランプを「高濃度オゾン生成用エキシマランプ」、他方のエキシマランプを「低濃度オゾン生成用エキシマランプ」と定めることができる。

さらには、規格などの使用環境の違いに応じて、「低濃度オゾン生成用エキシマランプ」、「高濃度オゾン生成用エキシマランプ」を定めることも可能である。例えば、有人環境下で使用するように意図されたエキシマランプを「低濃度オゾン生成用エキシマランプ」、密閉空間、無人環境などで使用するように意図されたエキシマランプを「高濃度オゾン生成用エキシマランプ」と定めることができる。

あるいは、行政、規格団体などによって定められた有人環境下で許容されるオゾン濃度相応のオゾン生成量を伴うエキシマランプを「低濃度オゾン生成用エキシマランプ」、効果的に酸化力による処理が実現可能なオゾン濃度相応のオゾン生成量を伴うエキシマランプを、「高濃度オゾン生成用エキシマランプ」と定めることが可能である。

このように様々な条件、要因によって定義される低濃度オゾン生成用ランプ、高濃度オゾン生成用ランプは、それぞれ複数個配置してもよく、いずれか一方を１つだけ配置する、または両方とも一つずつ配置してもよい。また、複数用意する場合、その数に相違があってもよい。

本発明では、筐体内に配置された低濃度オゾン生成用エキシマランプと高濃度オゾン生成用エキシマランプを選択的に点灯することが可能であり、使用環境に応じて一方のエキシマランプを点灯させることができる。例えば、低濃度オゾン生成用エキシマランプと高濃度オゾン生成用エキシマランプのいずれか一方を連続点灯、すなわち所定期間続けて点灯させる。

低濃度オゾン生成用エキシマランプと高濃度オゾン生成用エキシマランプについては、様々な配置構成が可能である。例えば、低濃度オゾン生成用エキシマランプと高濃度オゾン生成用エキシマランプを、空気の流れる流路に沿ってそれぞれ配置することが可能である。また、共通の空気流路に沿った配置を行うことを考慮すれば、低濃度オゾン生成用エキシマランプと高濃度オゾン生成用エキシマランプを、筐体内に区画されたランプ収納室内に配置することができる。

この場合、低濃度オゾン生成用エキシマランプとランプ収納室の内壁との距離が、高濃度オゾン生成用エキシマランプとランプ収納室の内壁との距離より小さくなるように、低濃度オゾン生成用エキシマランプを配置することが可能である。

低濃度オゾン生成用エキシマランプは、様々なランプ構成が可能であり、放電ガスの封入された低濃度オゾン生成用放電容器の軸方向または径方向に沿って対向する一対の電極を備え、一対の電極が、低濃度オゾン生成用放電容器に線接触するエキシマランプとして構成することができる。例えば、放電ガスが、０．１ｋＰａ〜３０ｋＰａの範囲内に定められた希ガスであって、低濃度オゾン生成用放電容器の外径が、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に定められる。

一方、低濃度オゾン生成用エキシマランプも様々なランプ構成が可能であり、例えば、高濃度オゾン生成用放電容器の外表面に配置される外側電極と、高濃度オゾン生成用放電容器の中心軸に沿って配置される内側電極とを備えたエキシマランプを構成することができる。

本発明の他の態様におけるエキシマランプ点灯方法は、オゾン生成装置の筐体内に配置される、相対的にオゾン生成量が少ない低濃度オゾン生成用エキシマランプと、相対的にオゾン生成量が多い高濃度オゾン生成用エキシマランプのいずれか一方を点灯させる。

本発明によれば、使用環境に応じてオゾンの生成量を変更できるエキシマランプを備えたオゾン生成装置を提供することができる。

オゾン生成装置の概略的内部構成図である。 低濃度オゾン生成用エキシマランプの概略的側面図である。 低濃度オゾン生成用エキシマランプの端部側から見た概略的正面図である。 図４のラインＡ−Ａ’に沿った低濃度オゾン生成用エキシマランプの概略的断面図である。 高濃度オゾン生成用エキシマランプの概略的側面図である。 低濃度オゾン生成用エキシマランプの概略的側面図である。 低濃度オゾン生成用エキシマランプの端部側から見た概略的正面図である。 図８のラインＡ−Ａ’に沿った低濃度オゾン生成用エキシマランプの概略的断面図である。

以下では、図面を参照して本発明の実施形態であるオゾン生成装置について説明する。

図１は、オゾン生成装置の概略的内部構成図である。

オゾン生成装置１は、ここでは脱臭機として構成されている。筐体１０内部には、紫外線を照射するエキシマランプ１００、２００（図２参照）が設けられている。筐体１０は、側面１０Ｓの上方端部の天井面１０Ｕにオゾン放出用の開口部１０Ｔが形成されている。一方、空気などの酸素を含む対象物（以下、空気）吸入用の開口部１０Ｂが、筐体底面１０Ｎに設けられている。ここでは、開口部１０Ｔと開口部１０Ｂは、筐体１０の軸回りに略同一サイズで対向するように形成されている。

筐体１０内部には、エキシマランプ１００、２００を収容するランプ収納室３０が区画されており、ランプ収納室３０の下方には送風ファン５０が設けられている。送風ファン５０が回転することで、筐体１０内には、開口部１０Ｂより取り込まれた空気がランプ収納室３０を経て、開口部１０Ｔより筐体１０外に放出されるような空気の流路が形成される。

筐体１０内部には、エキシマランプ１００、２００を収容するランプ収納室３０が区画されており、送風ファン５０によって空気がランプ収納室３０に流れていく。エキシマランプ１００、２００が点灯状態となって紫外線（ここでは１７２ｎｍ）を放射すると、ランプ収納室３０を流れる空気は紫外線照射される。紫外線照射によって生成されたオゾンは、開口部１０Ｔから装置外部に放出される。

オゾン生成装置１には直流電源部を備えた電源制御部４０が配置されており、不図示の導線を介してエキシマランプ１００、２００と接続する。電源制御部４０は、ユーザの点灯操作に応じてエキシマランプ１００、２００を選択的に連続点灯する。ただし、連続点灯は、ランプを一定の時間、消灯させることなく点灯させ続けることを表す。

本実施形態のエキシマランプ１００とエキシマランプ２００は、オゾン生成量（オゾン濃度）に関して差があり、ランプサイズ、放電距離、放電空間領域、電極配置などの構成が違う異なるタイプのエキシマランプで構成されている。エキシマランプ１００は、オゾン生成量が相対的に少なく、低濃度でオゾンを生成するエキシマランプとして構成される。エキシマランプ２００はオゾン生成量がエキシマランプ１００よりも相対的に多く、高濃度でオゾンを生成するエキシマランプとして構成される。以下では、エキシマランプ１００を「低濃度オゾン生成用エキシマランプ」、エキシマランプ２００を「高濃度オゾン生成用エキシマランプ」という。

低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００と高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００は、それぞれのランプ軸が筐体１０の中心軸Ｘに沿うように互いに平行になって配置されている。ここでは、ランプ収納室３０は、筐体１０の中心軸Ｘに関して対称的な内部空間を形成するように区画されている。そのため、空気（オゾン）は、空気の流路の中心となる筐体１０の中心軸Ｘに沿ってランプ収納室３０内を流れることになり、ランプ収納室３０が紫外線照射によるオゾン生成空間となっている。

高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００は、ランプ収納室３０において、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００と比べてランプ収納室３０の中心軸Ｘ側に配置されている。すなわち、流路の中心付近に配置されている。一方、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００は、高濃度オゾン生成用エキシマランプよりもランプ収納室内壁３０Ｋ側（筐体内壁側）に配置されている。すなわち、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００とランプ収納室内壁３０Ｋとの距離は、高濃度オゾン生成用エキシマランプとランプ収納室内壁３０Ｋとの距離より小さくなっている。そのため、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００は、ランプ収納室内略全域に渡って紫外線を照射する一方、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００の紫外線照射領域は制限されている。

高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００は、脱臭処理を迅速かつ効果的に行うことができるレベルでオゾンを生成することが可能なランプであり、ここでは点灯時に紫外線を照射することでオゾンを１０００ｍｇ／ｈ以上生成し、オゾン放出用の開口部１０Ｔより３０ｃｍ離れたい位置でオゾン濃度を１０ｐｐｍ以上となるようにする。高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００は、通常、周囲に人が存在しない環境（無人環境）下で使用される。

一方、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００は、紫外線を照射することでオゾンを３ｍｇ／ｈ生成し、オゾン放出用の開口部１０Ｔより３０ｃｍ離れたい位置でオゾン濃度０．０１〜０．１０ｐｐｍ以下となるようにする。例えば、環境省の「光化学オキシダントの環境基準濃度」で定められたオゾン濃度０．０６ｐｐｍ以下、あるいは、日本空気清浄協会によって定められたオゾン濃度０．０５ｐｐｍ（平均）以下となるように、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００が点灯する。低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００は、通常、周囲に人が存在する環境（有人環境）下で使用される。

図２は、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００の概略的側面図である。図３は、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００の端部側から見た概略的正面図である。図４は、図３のラインＡ−Ａ’に沿った低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００の概略的断面図である。以下、図２〜４を用いて、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００の構成について説明する。

低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００は、内部に放電空間１００Ｓを形成し、石英ガラスなどの誘電材料で成形される筒状の放電容器１２０を備え、その両端部１２０Ｔ１、１２０Ｔ２の間に一対の電極１３０、１４０が設けられている。一対の電極１３０、１４０は、放電容器の軸方向ＸＸに沿って放電容器１２０の略全体に渡って延びており、互いに極性が異なる。図３に示すように、一対の電極１３０、４０は同一形状であって径方向に関して対向配置され、放電容器１２０と線接触している。

低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００は、ここでは細径の放電容器を備えたエキシマランプとして構成されており、放電容器１２０の外径Ｄは３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲、放電容器の軸方向長さＷ１は、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲に、それぞれ設定することが可能である。

放電空間１００Ｓには、キセノンガス０．１ｋＰａ〜３０ｋＰａ（更に好ましくは７ｋＰａ〜２０ｋＰａ）が封入されている。一対の電極１３０、１４０には、電源制御部４０と接続される一対の導線（図示せず）が接続されており、一対の電極１３０、１４０に対して高周波（１ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）の高電圧（５ｋＶ〜１０ｋＶ）が印加される。放電容器１２０は、一対の電極１３０、１４０により把持されているが、図示しない保持部材によって保持してもよい。

図３に示すように、一対の電極１３０、１４０は、それぞれ平板状電極として構成されており、図示しない保持部材によって保持されている。また、一対の電極１３０、１４０は、放電容器１２０の外周面１２０Ｓと接触部Ｌにおいて線接触して、放電容器１２０の軸方向ＸＸを通る対称軸Ａ−Ａ’ラインに関して対称的に配置されている。放電容器１２０と一対の電極１３０、１４０とが接触しない部分には、隙間１５０が形成されている。なお、図４では放電容器１２０の肉厚部分を省略しているが、肉厚については、０．２〜４ｍｍの範囲（例えば１．５ｍｍ）に定めることができる。

このような一対の電極１３０、１４０に対して電圧を印加すると、放電容器１２０内において誘電体バリア放電が生じ、紫外線が放電容器１２０の外部へ向けて放射される。接触部Ｌに電界が集中し、放電容器１２０内の接触部Ｌ付近において局所的に強い放電ＣＣ（図４参照）が生じるため、接触部Ｌ付近で放射される紫外線の照度は高い。一方、電極１３０、１４０の間の中央付近では、放射される紫外線の照度が低い（放電が弱い）。

その結果、図４に示すように、中心軸ＸＸ付近の空間領域においては、微弱な放電が生じる一方、一対の電極１３０、１４０と接触している接触部Ｌ付近の空間領域では、強い放電ＣＣが生じる。放電容器１２０内において、放電状態が電極１３０、１４０付近の空間領域と、電極１３０、１４０の間の中央付近の空間領域との間で相違し、放電が放電容器１２０の両則面側（電極側）に偏っていることにより、局所的な放電が放電容器１２０内において生じることになる。

図５は、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００の概略的側面図である。高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００は、石英ガラスなどの誘電材料から成る断面円形状の放電容器２２０を備え、放電容器２２０内には、キセノンガスなどの希ガス、あるいはこれらの混合ガスが放電ガスとして封入されている。放電ガスの封入圧は、例えば５ｋＰａ〜１５０ｋＰａに定められる。

放電容器２２０内部には、軸ＸＹに沿って帯状に延びる１枚の箔電極２３０が配置されている。箔電極２３０は、断面が略円形状である柱状の誘電体２５０によって被覆されており、放電空間に露出せずに誘電体２５０内に埋設されている。

箔電極２３０は、誘電体２５０の中心位置にその幅方向中心位置を合わせた状態で同軸的に配置されている。また、誘電体２５０は、放電容器２２０に対して同軸的に配置されている。したがって、箔電極２３０は、放電容器２２０に対し同軸的な位置に配置されており、軸ＸＹに関して対称的な位置に配置されている。

放電容器２２０の外面に配設された外部電極２４０は、複数の電極部を網状に配設した構成であり、軸ＸＹに沿って螺旋状に所定間隔で並んで配置されている。箔電極２３０の端部に接続される導線２７０および外部電極２４０に接続する導線（図示せず）は、電源制御部４０と接続し、周波数５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの電圧（５ｋＶ〜２０ｋＶ）が、箔電極２３０と外部電極２４０との間に印加される。

放電容器２２０の軸方向長さＷ２は、ここでは２２０ｍｍ〜３００ｍｍに定められている。一方、放電容器２２０の肉厚は、ここでは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍに定められている。また、放電容器２２０の内径は、ここでは８ｍｍ〜３０ｍｍに定められている。箔電極２３０の厚さは、ここでは０．０１μｍ〜０．１μｍに定められる。一方、箔電極２３０の幅は、ここでは１．５ｍｍ〜５．０ｍｍに定められる。

図２〜４で示す低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００と、図５の高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００は、上述したようにその形状、サイズ（軸方向長さ）、電極配置、放電空間圧などの点で相違し、それぞれ少量のオゾンを生成（低濃度）、多量のオゾンを生成（高濃度）に合わせたランプ構成であって、タイプ（種類）が異なる。特に、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００は、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００と比べてサイズが小さく、これに従って放電距離、放電空間領域の大きさがランプ間で相違する。

高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００の放電距離、すなわち誘電体２５０と放電容器２２０の内径との距離間隔ＤＤ２（図５参照）は、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００の放電距離ＤＤ１（図２参照）よりも長い。また、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００の放電容器２２０の軸方向長さＷ２は（図５参照）は、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００の放電容器１２０の軸方向長さＷ１（図２参照）よりも長い。したがって、放電容器２２０の放電空間領域は、放電容器１２０の放電空間領域よりも大きい。

さらに、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００では、一対の電極１３０、１４０によって紫外線放射が部分的に遮られ、また、局所的放電によって微弱な放電（微細放電）が生じるように構成されている。一方、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００では、箔電極２３０による紫外線遮断の影響は少なく、放電容器２２０の周囲全体に渡って紫外線が放射される。

このように低濃度オゾン生成を行う低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００と、高濃度オゾン生成を行う高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００とが、ランプ収納室３０に配置されることによって、従来のエキシマランプ単体構造では実現できなかったオゾン生成量（オゾン濃度）の調整が可能である。

エキシマランプの構造上、入力電圧を調整して紫外線照射量を変更しても、オゾン生成量を変化させる割合は、せいぜい数十パーセント程度が限界であり、それ以上の範囲でオゾン生成量（オゾン濃度）を変更することはできない。例えば、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００の場合、３０％の割合でしかオゾン生成量（オゾン濃度）を増加、あるいは低減できない。

低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００は、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００の電圧調整で可能な最少のオゾン生成量よりも少ないオゾンを生成することが可能である。逆に、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００は、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００の電圧調整では実現できないオゾン生成量（オゾン濃度）を実現することができる。

このような低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００の選択的点灯によって、低濃度〜高濃度の範囲に渡ってオゾンを生成することが可能となる。有人環境下で求められるオゾン濃度と、無人環境下での迅速かつ効果的な脱臭のために求められるオゾン濃度は、その値が大きく相違し、一方のエキシマランプを使って両環境下で運転することができない。低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００の選択的使用によって、両方の使用環境に適応することができる。また、両エキシマランプとも明滅点灯ではなく連続点灯であるため、供給電圧が一定となり、オゾン生成量が安定する。

低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００が同じランプ収納室３０に配置されているため、同じ流路を流れる空気に対して紫外線を照射することとなり、送風ファン５０などの配置を従来装置のまま利用することが可能となる。一方、電源制御部４０などがランプ収納室３０によって別区画域に配置されることになるため、紫外線照射をできる限り回避することができる。なお、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００の電極１３０、１４０は、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００が点灯しているときの紫外線照射を遮断するため、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００の紫外線によって低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００が影響を受けることを軽減することができる。

また、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００を筐体１０の中心軸Ｘ付近、すなわち流路の中心付近に配置する一方、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００をランプ収納室内壁１０Ｋに対し、より近い場所に配置している。これによって、ランプ収納室３０内を流れる空気に対する紫外線照射領域がランプ間で差が生じることとなり、オゾン生成量の差がより大きくなる。

このように本実施形態によれば、オゾン生成装置１において、オゾン濃度０．０５〜０．１０ｐｐｍの範囲でオゾンを生成する低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００と、オゾン濃度１０ｐｐｍ以上でオゾンを生成する高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００が、筐体１０内部のランプ収納室３０に配置されている。ユーザの点灯操作によって低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００、または高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００が連続点灯する。

次に、図６〜８を用いて、第２の実施形態であるオゾン生成装置について説明する。第２の実施形態では、低濃度オゾン生成用エキシマランプの構成が、第１の実施形態と相違する。それ以外についての構成は同じである。

図６は、低濃度オゾン生成用エキシマランプの概略的側面図である。図７は、低濃度オゾン生成用エキシマランプの端部側から見た概略的正面図である。図８は、図７のラインＡ−Ａ’に沿った低濃度オゾン生成用エキシマランプの概略的断面図である。

エキシマランプ１００’は、内部に放電空間１００Ｓ’を形成し、石英ガラスなどで成形される筒状の放電容器１２０’を備える。放電容器１２０’の両端部１２０Ｔ１’、１２０Ｔ２’側には、互いに極性の異なる一対の電極１３０’、１４０’が配置されている。エキシマランプ１００’は、ここでは小型エキシマランプとして構成されており、放電容器の軸方向長さＷ３は、１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲、放電容器１２０’の外径Ｄ’は３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であり、一対の電極１３０’、１４０’の間の軸方向距離（電極間距離Ｈ）は、２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲にそれぞれ設定することが可能である。

放電容器１２０’の放電空間１００Ｓ’には、キセノンガス０．１ｋＰａ〜３０ｋＰａ（更にこのましくは７ｋＰａ〜２０ｋＰａ）が封入されている。一対の電極１３０’、１４０’には、電源制御部４０と接続される一対の導線（図示せず）が接続されており、高周波（１ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）の高電圧（５ｋＶ〜１０ｋＶ）が一対の電極１３０’、１４０’の間に印加される。放電容器１２０’と電極１３０’、１４０’は、図示しない保持部材によってそれぞれ保持されている。

図７に示すように、一対の電極１３０’、１４０’は、放電容器１２０’の外周面１２０Ｓ’に沿って周方向全体に渡り密接する筒状電極として構成されており、光を透過するような隙間が設けられていない曲面状の電極部材によって構成されている。一対の電極１３０’、１４０’は、放電容器の軸方向ＸＸに沿って対向配置されており、軸方向ＸＸに対して互いに異なる極性をもつ電極配置となっている。なお、図７では、放電容器１２０’の肉厚部分を省略しているが、肉厚については、０．２ｍｍ〜４ｍｍの範囲に定めることができる。

一対の電極１３０’、１４０’に対して第１の実施形態と同様に高周波高電圧を印加すると、放電容器１２０’内において誘電体バリア放電が生じ、紫外線が放電容器１２０’の外部へ向けて放射される。本実施形態では、一対の電極１３０’、１４０’が放電容器１２０’の中央部を間に挟んで軸方向Ｘに沿って対向配置されることにより、放電容器２０内において局所的な放電が生じる。

図９に示すように、放電容器１２０’の中央部付近においては、細い領域（放電容器の中心軸付近のみ）で微弱な放電が生じる。一方、一対の電極１３０’、１４０’で覆われている空間領域では、太い領域（放電容器の径方向全体）で強い放電ＣＣが生じる。放電容器１２０’内において、放電状態が電極１３０’、１４０’付近の空間領域と中央部付近の空間領域との間で相違して、放電が放電容器１２０’の両端部側に偏っていることにより、局所的な放電が放電容器１２０’内において生じることになる。

第１、第２の実施形態で説明した低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００、１００’、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００、２００’は、低濃度オゾン生成、高濃度オゾン生成を実現可能なエキシマランプの一例であって、これに限定されない。また、高濃度オゾン生成用エキシマランプ、低濃度オゾン生成用エキシマランプの数についても、それぞれ１つに限定されず、それぞれ複数のランプによって構成してもよい。例えば、より細かくオゾン濃度範囲を区分けし、区分けされた範囲に応じて高濃度オゾン生成用エキシマランプ、低濃度オゾン生成用エキシマランプを選択的に点灯させてもよい。

一方、ランプ構成（種類）が同じあるいは類似するエキシマランプであっても、オゾン生成量に相対的な差が生じていれば、高濃度オゾン生成用エキシマランプ、低濃度オゾン生成用エキシマランプとして配置することも可能である。例えば、有人環境、無人環境下いずれにおいても、異なるオゾン濃度で運転することが可能となる。この場合、上述したランプ配置場所などをより顕著にすることによって、オゾン生成量に差をもたせるようにすればよい。

ランプ収納室３０については、筐体１０の中心軸Ｘに対称的な空間でなくてもよく、また、高濃度オゾン生成用エキシマランプ、低濃度オゾン生成用エキシマランプを別々のランプ収納室に配置するように構成してもよい。さらには、ランプ収納室を特別に区画しない構成（筐体内部空間全体がランプ収納室）にしてもよい。筐体の形状についても、筒状以外の方形状、矩形状に構成することができる。

低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００については、一方を連続点灯させるだけでなく、両方連続点灯させるようにしてもよい。これによって、より広範囲にオゾン濃度を調整することが可能となる。また、所定条件に達すると自動的に点灯切り替えを行うように自動制御してもよい。

第１、第２の実施形態では、低濃度オゾン生成用エキシマランプ１００、１００’、高濃度オゾン生成用エキシマランプ２００、２００’が所定電圧によって駆動されているが、オゾン濃度値に応じて微修正するようにしてもよい。例えば、オゾン濃度測定器を設け、各エキシマランプの電圧値を調整してもよい。

本実施形態では、オゾン生成装置１は脱臭機として構成されているが、基板表面洗浄などを行う紫外線照射装置などに適用することも可能であり、オゾンを利用した殺菌、滅菌、洗浄、脱臭、消臭などオゾンの酸化力を用いた処理を行う装置全般に対して適用することができる。

１ オゾン生成装置
１０ 筐体
３０ ランプ収納室
４０ 電源制御部
１００ 低濃度オゾン生成用ランプ
２００ 高濃度オゾン生成用ランプ

Claims (11)

1. 相対的にオゾン生成量が少ない低濃度オゾン生成用エキシマランプと、
   相対的にオゾン生成量が多い高濃度オゾン生成用エキシマランプと、
   前記低濃度オゾン生成用エキシマランプと前記高濃度オゾン生成用エキシマランプとを収容する筐体とを備え、
   前記低濃度オゾン生成用エキシマランプと前記高濃度オゾン生成用エキシマランプとを選択的に点灯することを特徴とするオゾン生成装置。
2. 前記低濃度オゾン生成用エキシマランプと前記高濃度オゾン生成用エキシマランプのいずれか一方を連続点灯させることを特徴とする請求項１に記載のオゾン生成装置。
3. 前記低濃度オゾン生成用エキシマランプと前記高濃度オゾン生成用エキシマランプとが、前記筐体内に区画されたランプ収納室内に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン生成装置。
4. 前記低濃度オゾン生成用エキシマランプが、前記低濃度オゾン生成用エキシマランプと前記ランプ収納室の内壁との距離が、前記高濃度オゾン生成用エキシマランプと前記ランプ収納室の内壁との距離より小さくなるように、配置されていることを特徴とする請求項３に記載のオゾン生成装置。
5. 電圧制御によって可能な前記高濃度オゾン生成用エキシマランプの最少オゾン生成量よりも、前記低濃度オゾン生成用エキシマランプのオゾン生成量が少ないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のオゾン生成装置。
6. 前記低濃度オゾン生成用エキシマランプの放電距離が、前記高濃度オゾン生成用エキシマランプの放電距離と比べて短いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のオゾン生成装置。
7. 前記低濃度オゾン生成用エキシマランプの放電空間領域が、前記高濃度オゾン生成用エキシマランプの放電空間領域と比べて小さいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のオゾン生成装置。
8. 前記低濃度オゾン生成用エキシマランプは、放電ガスの封入された低濃度オゾン生成用放電容器の軸方向または径方向に沿って対向する一対の電極を備え、
   前記一対の電極が、前記低濃度オゾン生成用放電容器に線接触していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のオゾン生成装置。
9. 前記放電ガスが、０．１ｋＰａ〜３０ｋＰａの範囲内に定められた希ガスであり、
   前記低濃度オゾン生成用放電容器の外径が、３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項８に記載のオゾン生成装置。
10. 前記低濃度オゾン生成用エキシマランプと前記高濃度オゾン生成用エキシマランプとが、空気の流れる流路に沿って配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のオゾン生成装置。
11. オゾン生成装置の筐体内に配置される、相対的にオゾン生成量が少ない低濃度オゾン生成用エキシマランプと、相対的にオゾン生成量が多い高濃度オゾン生成用エキシマランプのいずれか一方を点灯させることを特徴とするエキシマランプ点灯方法。
    

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