JP3641608B2 - オゾン発生器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、積層された複数の平板状の高圧電極及び低圧電極を有し、この間に交流電圧を印加し放電を生じさせオゾンガスを生成する平板積層型オゾン発生装置に関し、特にこの平板積層型オゾン発生装置の要部であって、高圧電極及び低圧電極を有し酸素ガスを供給されてオゾンガスを生成するオゾン発生器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２５は例えば特許第３１１３８８５号「オゾン発生装置用放電セル」に記載された従来のオゾン発生器の断面図である。従来のオゾン発生器は、図２５に示すように、概略平板状の剛性体からなる複数の低圧電極７を、両側一対のブロック２５を挟んで板厚方向に重ね合わせることにより、複数の電極モジュールの積層体が構成されている。電極モジュールの積層体は、電極押え板２２と基台２４との間に、両側部を積層方向に貫通する複数本の締め付けボルト２１により定着されている。
【０００３】
各電極モジュールは、上下一対の低圧電極７と、この低圧電極７，７間に挟まれた両側一対のブロック２５と、ブロック２５，２５の内側に位置して低圧電極７，７間に配置された誘電体ユニット３０と、誘電体ユニット３０の両面側に放電空隙６を形成するために設けられた複数の放電空隙形成用の弾性体スペーサ２６とを有している。弾性体スペーサ２６は、紙面に対して垂直方向に延びる断面円形の棒状をなす。
【０００４】
両側一対のブロック２５は、ステンレス鋼板等の導電性板材からなる導電性剛体で、低圧電極７間の両側部に介在することにより、この間に、ブロック厚に等しいギャップ量の空間を形成する。
【０００５】
尚、図面はいずれも上下方向の寸法を誇張したものになっており、実際の厚さは例えば低圧電極７で３ｍｍ以下、ブロック２５で３ｍｍ以下というように非常に薄く作製されている。
【０００６】
上下一対の低圧電極７は、内部に冷却水通路９が形成されておりヒートシンクを兼ねている。また、片側のブロック２５にも冷却水通路９が形成されている。そして、低圧電極７内の冷却水通路９は、冷媒としての冷却水を流通させるために、ブロック２５を経由して基台２４に設けられた冷却水出入口１２に連通している。
【０００７】
一方、低圧電極７の放電空隙６に対向する主面には、例えばエッチング等によりオゾンガス通路８が形刻されている。このオゾンガス通路８は、ブロック２５に形成されたオゾンガス通路８を経由して基台２４に設けられたオゾンガス出口１１に連通している。また、放電空隙６の両側部には、放電空隙６に対して酸素ガスを紙面に向かって垂直方向に供給する酸素ガス入口１０が設けられている。
【０００８】
上下一対の低圧電極７と両側一対のブロック２５で囲まれた空間に配置される誘電体ユニット３０は、誘電体としての上下一対のガラス板５の間に高圧電極３を挟んだサンドイッチ構造を成す薄板状剛性体である。 高圧電極３は、ステンレス鋼板等の導電性薄板からなり、その一部は図示しない給電端子として外部へ導出されている。
【０００９】
誘電体ユニット３０の両面側に放電空隙６を形成するために設けられる放電空隙形成用の弾性体スペーサ２６は、耐オゾン性及び弾力性を有する断面が円形の細い樹脂線材であり、放電空隙６の内に所定の間隔で配置されている。各スペーサ２６の厚み（外径）は、圧縮のない状態で放電空隙６の各ギャップ量より５〜６％程度大きく設定されている。
【００１０】
この設定により、弾性体スペーサ２６は低圧電極７と誘電体ユニット３０により上下から圧縮され、この圧縮により、誘電体ユニット３０は上下から均等な圧力で弾性的に押圧され、上記空間内の上下方向中央部に保持される。その結果、誘電体ユニット３０の両面側には、均等なギャップ量の放電空隙６が形成される。
【００１１】
尚、弾性体スペーサ２６の代わりに剛性体スペーサを用いた場合においては、剛性体スペーサはブロック２５を締め付けた時に必然的に決定される放電空隙長（放電空隙の積層方向の高さ）より小さい径のものが用いられる。そのため、スペーサは放電空隙の中で積層方向に圧縮されない。
【００１２】
次に動作について説明する。
低圧電極７と高圧電極３の間に交流高電圧を印加すると、誘電体５を介して放電空隙６に誘電体バリヤー放電が発生する。この放電によって酸素ガスが一旦酸素原子に解離し、ほぼ同時にこの酸素原子と他の酸素分子及び壁等の三体衝突が引き起こされオゾンガスが生成される。この仕組みを利用して、放電空隙６に連続に酸素ガスを供給することで、放電で生成されたオゾンガスは、オゾンガス出口１１からオゾン化ガスとして連続的に取り出すことができる。
【００１３】
この放電で取り出せるオゾン発生効率は、一般に最大約２０％である。すなわち、放電電力の８０％は電極を加熱してロスする。また、オゾンガスの発生効率は電極温度（厳密には放電ガス温度）に依存しており、電極の温度が低いほど発生効率が高い。そのため、電極を冷却水等で直接冷却する、或いは放電空隙６のギャップ長を短くすることで放電空隙６中のガス温度の上昇を抑制し、かつ電子温度を高めることでオゾン生成効率を高め、オゾン分解を抑制して、結果として効率良く高濃度のオゾンガスが取り出せるオゾン発生器を可能としている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の従来のオゾン発生器においては、電極の冷却が低圧電極７側の片面冷却であり、高圧電極３が冷却されていない。そのため、高・低圧電極を冷却する両面冷却方式よりも、同一電力を投入した場合放電空隙６のガス温度は約４倍程度となる。そして、このガス温度上昇によって、生成したオゾンを分解する量が増大するため、電極に投入する放電電力密度をさらに高く上げられず、オゾンガスを効率良く発生させることが出来なかった。
【００１５】
また、弾性体のスペーサ２６を用いる際、放電空隙６内には放電による十分高いエネルギーを有した電子が存在するため、有機材で形成した弾性体のスペーサ２６は、この放電に触れることにより高エネルギーの電子（放電エネルギー）が衝突して化学結合が遊離する損傷を受ける。そして、オゾン発生器を連続運転で使用すると、金属製スペーサに比べてスペーサ２６は短い期間で劣化し、その劣化によりガスを均一に流すことが不可能になり、効率が急激に減少し、装置の寿命が短くなる欠点が有った。
【００１６】
また、耐オゾン性のあるテフロン（登録商標）製の弾性体スペーサを使用した場合においても、上述の高エネルギーの電子（放電エネルギー）が衝突して化学結合が遊離する損傷を受ける。さらに、空気中において一般に「難燃性物質」である物質を用いても、高濃度のオゾンや酸素ガス雰囲気では「可燃性物質」と同様になり、放電空間に直接接触する部分に設置することにおいては、放電エネルギーによって弾性体スペーサの昇化反応が活性化してクリーンなオゾンガスが得られなくなる問題点があった。
【００１７】
一方、弾性体のスペーサ２６の代わりに剛性体のスペーサを用いた場合、ブロック２５を介して締め付けた時に必然的に決定される放電空隙長より小さい径になるように設計する。そのため、放電空隙６を微少な隙間にして高濃度のオゾンを発生させようとする場合、放電ガス通路の圧力損失（図２５の紙面に垂直なガス通路の圧力損失）よりも、放電空隙形成用スペーサ２６で仕切っている隙間での圧力損失（放電空隙形成用スペーサ２６と誘電体５との微少な間隙での圧力損失）が非常に小さくなる。これにより、放電空隙形成用スペーサ２６によるガスを均一に流すことが困難となる。その結果、オゾン発生効率が低下して、コンパクトなオゾン発生器にすることが出来ないなどの問題点があった。
【００１８】
一般に、スペーサ２６の形成する隙間での圧力損失を、放電通路部の圧力損失の約１０倍以上にしなければガス流体を均一に流すことができない。例えば、放電空隙６が０．１ｍｍ程度であるとき、スペーサ２６の厚みと放電空隙との隙間は、非常に高い精度であることが要求される。そして、このような精度でスペーサ２６を製作し、かつ放電空隙に接触せずに配置することは非常に困難である。このような理由により、スペーサ２６を精度良く製作するためにはコストが非常にアップし、装置を安価に製作することが不可能であった。
【００１９】
また、このような構成の従来のオゾン発生器においては、上下一対の低圧電極７と、この低圧電極７，７間に挟まれた両側一対のブロック２５と、ブロック２５，２５の内側に位置して低圧電極７，７間に配置された誘電体ユニット３０と、誘電体ユニット３０の両面側に放電空隙６を形成するために設けられた複数の放電空隙形成用の弾性体スペーサ２６から成る電極モジュールを、低圧電極７を介して複数個積層し、固定する手段として上端に設けた電極押え板２２と下端に設けた基台２４間を電極モジュールの両側位置に積層方向に貫通させた締め付けボルト２１で締め付けている。すなわち、電極モジュールを挟んだ低圧電極７の両端で締め付ける構成にしたため、電極モジュールの両サイドが支点となり、本来平面であるべき低圧電極７が円弧状に歪み、特に０．１ｍｍの厚さの放電空隙においては、空隙長が均一にならなくなり高濃度のオゾンが得られなくなる問題点があった。
【００２０】
さらに、従来のオゾンガス通路８はガスシールドを施さないで作製されていた。そのため、各積層された低圧電極７で挟まれた電極モジュールに、原料酸素ガスを１００％供給することが出来なかった。すなわち、酸素ガスが電極モジュールの放電通路を通らず直接オゾンガス出口１１に逃げてしまう「ショートパス現象」が生じていた。この「ショートパス現象」が発生すると、電極モジュールのオゾン発生効率が低下するとともに高濃度のオゾンを生成することができず、さらに、放電空隙６で発生したオゾン濃度は原料の酸素ガスのショートパス流量によって薄められるため、高濃度のオゾンガスをさらに取出せないの問題点が発生していた。
【００２１】
この発明は、上述のような複数の課題を一括して解決するためになされたものであり、
第１の目的は、オゾン発生性能を損わず信頼性の高い電極モジュール構造であり、しかも電極モジュールの寿命を長くすることのできるオゾン発生器を提供することを目的とする。
第２の目的は、非常に薄い平板状の電極モジュールを簡単な作業で、積層・組合せることができ、さらにコンパクトなモジュール化を実現することができるオゾン発生器を提供することを目的とする。
第３の目的は、高圧電極３及び低圧電極７の両電極を良好に冷却可能な構造のオゾン発生器を提供することを目的とする。
第４の目的は、電極の少なくとも一方を、冷却構造とオゾンガス取出構造をともに備え、薄く、軽く、しかも安価で品質の良い電極とすることができるオゾン発生器を提供することを目的とする。
第５の目的は、生成するオゾンガスの純度が良い、つまりクリーンオゾンガスを生成することのできるオゾン発生器を提供することを目的とする。
第６の目的は、オゾン発生器内の部品機能を統合化させ、部品点数の削減もしくは部品コストの低減を図ることのできるオゾン発生器を提供することを目的とする。
【００２２】
この発明は上述のような目的を達成するためになされたものであり、電極モジュールを容易に支持することができ、電極モジュール間の原料ガスを確実にシールドすることができるとともに、電極の位置決めを容易に行うことができ、複数個の電極モジュールを放電空隙のバラツキをなくして支持することができ、性能の良いオゾン発生器を得るものである。
また、耐オゾン性に優れ、コンパクトで長寿命、高品質のオゾン発生器を実現するものである。
また、放電空隙の構成は特許第３１１３８８５号に用いた放電空隙内の弾性体を用いず、さらに空隙長より径の小さい高精度の剛性体スペーサを必要とせず、放電空隙長に等しい厚さのスペーサを用いることを可能とするオゾン発生器を得るものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、電極モジュールが複数個積層されて構成され、各電極モジュールが、内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成された平板状の低圧電極と、上記低圧電極の主面に対向する平板状の高圧電極と、上記低圧電極と上記高圧電極との間および上記高圧電極と隣接する上記電極モジュールの低圧電極との間に設けられた平板状の誘電体及び積層方向に厚さの薄い放電空隙を形成するためのスペーサと、上記高圧電極の内部に該高圧電極と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニットと、を含み、上記低圧電極と上記高圧電極との間に交流電圧を印加され、酸素ガスを含む原料ガスが注入された上記放電空隙に放電を生じさせオゾンガスを発生させ、最端の上記電極モジュールの端にある上記スペーサの上記高圧電極と反対側の内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成された平板状の低圧電極が設けられ、さらに上記各電極モジュールの片側に、隣接する上記低圧電極の主面間にこれらにそれぞれ接して設けられ、該低圧電極に設けられた冷却水通路につながる冷却水通路及び該低圧電極に設けられたオゾンガス通路につながるオゾンガス通路が形成されたマニホールドブロックと、を備えたことを特徴とするオゾン発生器にある。
また、上記各電極モジュール及び各マニホールドブロックが上記酸素ガスを含む原料ガスが充満された発生器カバー内に収納され、上記酸素ガスを含む原料ガスが上記放電空隙へ周囲から侵入し発生したオゾンガスが上記低圧電極の中心部の孔から上記オゾンガス通路に導かれる。
また、上記各マニホールドブロックは、積層方向に２つの部材に分かれており、上記部材間に上記弾性構造が設けられ、上記部材間の上記冷却水通路及び上記オゾンガス通路はそれぞれ該通路が形成された円筒部とこれを受け入れる凹部およびこれらの間に気密性を保つために配設されたＯリングで接続されている。
また、上記低圧電極、高圧電極、誘電体、スペーサ、及び高圧電極冷却ユニットが積層された部分と、上記低圧電極及びマニホールドブロックが積層された部分とが別々の挟持機構で挟持固定され、上記低圧電極の上記双方の部分の間にくびれ部を設けた。
【００２４】
また、高圧電極冷却ユニットは、高圧電極に貫通してくりぬかれた貫通穴に挿入された高熱伝導率、高電気絶縁性のフローチューブと、フローチューブと貫通穴との間に充填されフローチューブを貫通穴に固定する高熱伝導率の熱伝導性接着剤とを有する。
【００２５】
また、低圧電極は、主面に溝が形成された２枚以上の金属製の平板が溝を向き合うようにして貼り合わせて作製されることにより内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成されている。
【００２６】
また、フローチューブは、高圧電極の主面と平行に複数本が並設されている。
【００２７】
また、金属製の平板は、加熱と加圧のみで貼り合わせられている。
【００２８】
また、低圧電極の放電空隙に対向する主面が、無機物でなる誘電体膜で被われている。
【００２９】
また、誘電体膜は、セラミック材で作製されている。
【００３０】
また、誘電体膜は、ガラス材で作製されている。
【００３１】
また、誘電体の高圧電極に対向する主面が、導電性を有する導電膜で被われ、導電膜が高圧電極に接触している。
【００３２】
また、誘電体と高圧電極は、導電性接着剤で貼り合わせられている。
【００３３】
また、導電膜の外周エッジ部が、無機物でなる絶縁保護膜で被覆されている。
【００３４】
また、導電性接着剤の外周エッジ部が、無機物でなる絶縁保護膜で被覆されている。
【００３５】
また、高圧電極の外径は、誘電体の外径よりも小さい。
【００３６】
また、高圧電極の外径は、誘電体を被う導電膜の外径よりも小さい。
【００３７】
また、低圧電極に隣接して設けられ、低圧電極に設けられた冷却水通路につながる冷却水通路、或いは低圧電極に設けられたオゾンガス通路につながるオゾンガス通路が形成されたマニホールドブロックを備えている。
【００３８】
また、マニホールドブロックは、低圧電極、高圧電極の積層方向に弾性機能を有する弾性構造を有する。
【００３９】
また、スペーサは、低圧電極の冷却水通路を形成するリブに対向する位置に配置されている。
【００４０】
また、電極モジュールが複数個積層されて構成され、各電極モジュールが、内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成された平板状の低圧電極と、上記低圧電極の主面に対向する平板状の高圧電極と、上記低圧電極と上記高圧電極との間および上記高圧電極と隣接する上記電極モジュールの低圧電極との間に設けられた平板状の誘電体及び積層方向に厚さの薄い放電空隙を形成するためのスペーサと、上記高圧電極の内部に該高圧電極と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニットと、を含み、上記低圧電極と上記高圧電極との間に交流電圧を印加され、酸素ガスを含む原料ガスが注入された上記放電空隙に放電を生じさせオゾンガスを発生させ、最端の上記電極モジュールの端にある上記スペーサの上記高圧電極と反対側の内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成された平板状の低圧電極が設けられ、さらに上記各電極モジュールの片側に、隣接する上記低圧電極の主面間にこれらにそれぞれ接して設けられ、該低圧電極に設けられた冷却水通路につながる冷却水通路及び該低圧電極に設けられたオゾンガス通路につながるオゾンガス通路が形成されたマニホールドブロックと、を備え、上記各低圧電極の上記放電空隙に対向する主面が、無機物でなる誘電体膜で被われ、上記各誘電体の上記高圧電極に対向する主面が、導電性を有する導電膜で被われ、該導電膜が該高圧電極に接触している。
【００４１】
また、低圧電極、高圧電極、誘電体、スペーサ、及び高圧電極冷却ユニットを有する電極モジュールが、複数個積層されている。
【００４２】
また、導電膜は、低圧電極に形成されたオゾンガス通路に対向する位置以外の部分に設けられている。
【００４３】
また、スペーサは、低圧電極に形成されたオゾンガス通路に対向する位置以外の部分に設けられ放電空隙を形成する放電空隙形成用スペーサと、低圧電極に形成されたオゾンガス通路の対向する位置に設けられ放電空隙の所定の空間をなくす非放電用スペーサとからなる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図に基づいて説明する。
図１は平板積層型オゾン発生装置を説明する模式的な説明図である。平板積層型オゾン発生装置は、オゾンを発生させる要部構成としてのオゾン発生器１００と、このオゾン発生器１００に電力を供給するオゾントランス２００及び高周波インバータ３００から構成されている。
【００４５】
高周波インバータ３００は、電源入力４０４から入力された電力を必要な周波数に変換してインバータ出力ケーブル４０３に出力する。オゾントランス２００は、この電力を所定の電圧まで昇圧させ、オゾン発生に必要な電力としてオゾン発生器１００に供給する。高周波インバータ３００は、さらに電流／電圧を制御する機能を有し供給する電力注入量を制御する。
オゾントランス２００から供給される高電圧は、高電圧ケーブル４０１から高圧ブッシング１２０を通してオゾン発生器１００の高圧電極３に供給される。一方、低電圧は、低電圧ケーブル４０２から基台２４を介して低圧電極７に供給される。
【００４６】
オゾン発生器１００は、高圧電極３及び低圧電極７を有する複数の電極モジュール１０２を備えている。所定の個数の電極モジュール１０２が基台２４上に図中矢印Ｚ方向に積層されてオゾン発生器電極１０１が構成されている。オゾン発生器電極１０１は、発生器カバー１１０で覆われている。発生器カバー１１０には、窒素、炭酸ガス等が微量含まれた酸素ガスを供給するオゾン発生器酸素ガス入口１３０が設けられている。供給された酸素ガスは、発生器カバー１１０に充満され、後述する放電空隙に入り込む。一方、基台２４には、後述する放電空隙にて生成されたオゾンガスをオゾン発生器１００から外部に出すオゾンガス出口１１と電極モジュール１０２を冷却する冷却水が出入りする冷却水出入口１２が設けられている。
【００４７】
このような構成の平板積層型オゾン発生装置において、本発明は特にオゾン発生装置の要部であるオゾン発生器１００に関し、詳細には、オゾン発生器１００のオゾン発生器電極１０１及び電極モジュール１０２の構造に関するものである。
【００４８】
実施の形態１．
図２はこの発明の実施の形態１のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の模式的な詳細断面図である。図２において、オゾン発生器電極１０１は、平板状の低圧電極７と、低圧電極７の主面に対向する平板状の高圧電極３と、低圧電極７と高圧電極３との間に設けられた平板状の誘電体５及び積層方向に厚さの薄い放電空隙６を形成するための図示しないスペーサとを有する。
【００４９】
オゾン発生器電極１０１は、さらに高圧電極３の内部に高圧電極３と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニット２を有する。
【００５０】
そして、オゾン発生器電極１０１は、低圧電極７と高圧電極３との間に交流電圧を印加され、酸素ガスが注入された放電空隙６に放電を生じさせオゾンガスを発生させる。
【００５１】
図１に示したオゾントランス２００から高圧ブッシング１２０を介して高圧電極３の給電端子４に電力が供給される。高圧電極３は、ステンレス、アルミ等の金属で作製されている。誘電体５の主面は高圧電極３に密着している。誘電体５は、セラミック、ガラス、シリコン等の材料で作製されている。誘電体５と低圧電極７との間には、後述するスペーサによって放電空隙６が形成されている。本実施の形態においては、放電空隙６は円板状に形成されており、図１の発生器カバー１１０に充満された酸素ガスは、放電空隙６の全周囲から中心方向に向かって注入される。
【００５２】
高圧電極３と低圧電極７との間に交流・高電圧を印加することで、放電空隙６を流れる酸素ガスをオゾンに変換する。放電空隙６でオゾン化酸素に変換されたオゾンガスは、低圧電極７の中心部から低圧電極７内に設けられたオゾンガス通路８を経由してオゾンガス出口１１に導かれる。
【００５３】
低圧電極７は、ステンレス鋼板等からなる２枚の導電板を接合して板間にオゾンガス通路８を形成した薄板状の導電性剛体である。低圧電極７には、オゾンガス通路８以外にオゾン発生効率を上げるための冷却水通路９が設けられている。そして、この冷却水通路９に冷却水を流すことで、放電空隙６内のガス温度を下げる。
【００５４】
一方、高圧電極３を冷却するために、各高圧電極３の内部に高圧電極冷却ユニット２が設けられている。高圧電極冷却ユニット２は、高圧電極３に貫通してくりぬかれた貫通穴に挿入され内部に冷却水を流通させる高熱伝導率、高電気絶縁性の材料で作製されたフローチューブ２ｂと、フローチューブ２ｂと貫通穴との間に充填されフローチューブ２ｂを貫通穴に固定する高熱伝導率の熱伝導性接着剤２ａとを有する。
【００５５】
低圧電極７内に形成されたオゾンガス通路８は、マニホールドブロック２３に形成されたオゾンガス通路８を経由して基台２４に設けられたオゾンガス出口１１に連通している。一方、低圧電極７に形成された冷却水通路９はマニホールドブロック２３に形成された冷却水通路９を経由して基台２４に設けられた冷却水出入口１２に連通している。
特に図示はしないが、低圧電極７とマニホールドブロック２３あるいは基台２４間における冷却水の水密はＯリング等のガスケット材が挟み込まれている。また、オゾンガスの気密にもＯリング等のガスケット材が挟み込まれている。
【００５６】
低圧電極７、高圧電極３、誘電体５、スペーサ及び高圧電極冷却ユニット２から成る電極モジュール１０２は、各構成要素を貫通する締め付けボルト２１によって、電極押え板２２と基台２４との間で締着されて固定されている。放電空隙６はマニホールドブロック２３によって、積層方向に所定の厚さに保たれている。
【００５７】
尚、本実施の形態は、高圧電極３と低圧電極７との間に無声（誘電体バリヤー）放電に必要な誘電体５を設け、そしてこの誘電体５と低圧電極７との間にスペーサを配置して放電空隙６を設けている。しかし、高圧電極３と誘電体５との間にスペーサを配置して放電空隙６を設けても良い。
【００５８】
次に動作について説明する。高圧電極３と低圧電極７に交流・高電圧を印加すると、放電空隙６で無声（誘電体バリヤー）放電が発生する。この放電空隙６に酸素ガスを通すと酸素が変換されオゾンが発生する。発生器カバー１１０に充満された酸素ガスは、低圧電極７と誘電体５との間に形成された放電空隙６を通過し、その間にオゾンに変換される。本実施の形態においては、誘電体５、高圧電極３及び両者間に形成された放電空隙６は、各々概略円板状を成している。そして、酸素ガスは誘電体５の全周囲から中心に向かって流れ放電空隙６でオゾン化酸素ガスとなる。
【００５９】
オゾンを効率よく生成させるには、特に厚さの薄い空間である放電空隙６を精度を良く保つ必要がある。電極モジュールの積層体を、電極押え板２２と基台２４との間で、両側部にブロック２３を配置して積層方向に貫通する複数本の締め付けボルト２１により締め付けることにより、所定の空隙精度を得られるようにしている。そして、放電空隙６は、低圧電極７の表面に配置した図示しない放電空隙用スペーサによって形成している。つまり、放電空隙６の厚さ（積層方向の高さ）は、この放電空隙用スペーサの高さで設定している。この放電空隙用スペーサの高さを均一に加工すること及び締め付けボルト２１で各電極を締め付けることで、放電空隙６の精度を確保している。
【００６０】
オゾンを効率よく生成するもう一つの手段として、放電空隙６内の温度を下げる方法がある。電極として高圧電極３と低圧電極７が設けられており、この両電極を水またはガス等で冷却する方法が考えられる。水とガスの冷却効果は水の方が大きいが、水を用いる場合、高圧電極３には高電圧が印加されるため、冷却水の電気伝導率を小さく（イオン交換水を用いる等）する必要がある。一方、ガスを用いる場合はその必要は無いが構造が複雑、騒音が大きい、または冷媒の熱容量が小さい等一長一短がある。
【００６１】
本実施の形態においては、低圧電極７に隣接して放電空隙６が形成されており、低圧電極７内に冷却水通路９を設けることで、放電空隙６を冷却している。また、高圧電極３を冷却するため、高圧電極３の内部に高圧電極冷却ユニット２を設け、高圧電極３で発生した熱を冷却ユニット２内を流れる冷却水で冷却している。このように高圧電極３と低圧電極７を同時に冷却することで、放電空隙６のガス温度を低く保つことができる。
【００６２】
また、高圧電極３の内部に設けられた高圧電極冷却ユニット２は、熱伝導性が高く電気絶縁性が大きいフローチューブ２ｂを有しており、電気的絶縁が確保されている。このように構成したので、高圧電極冷却ユニット２に流す冷却水の電気伝導率を小さくする必要は無く、一般の水道水程度でよい。そのため、低圧電極７を冷却する冷却水と共通の冷却水にできる利点も生じる。
【００６３】
このようなことから、本実施の形態においては、放電空隙６の冷却効率を向上させ、また放電空隙６の温度を良好に下げることができる。これにより、オゾン発生効率を低下させずに電力密度を上げることができ、電極モジュール数の減少が可能となり装置の小型化及び低価格化を図ることができる。さらに、高圧電極３を高圧電極冷却ユニット２で冷却するため、冷却水として電気伝導率の小さいイオン交換水等を使用せずに済み、一般の水道水程度の冷却水を用いることができる。そのため、電気伝導度の監視装置やイオン交換水の循環設備等が不要となり、装置構成点数の削減による低価格化や、維持費用の低減を図ることができる。
【００６４】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。図４は図３のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。図５は図３のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。低圧電極７は、図４及び図５において示されるように上側低圧電極７ａと下側低圧電極７ｂの２枚の金属電極から構成されている。２枚の電極７ａ，７ｂの片側主面にはあらかじめエッチングもしくは機械加工によって深さ数ｍｍの溝が形刻されている。そして、この溝を向き合うようにして２枚の電極７ａ，７ｂを貼り合わせて低圧電極７が作製されている。向き合わされた溝は、低圧電極７の内部にオゾンガス通路８及び冷却水通路９を形成する。
【００６５】
また、低圧電極７の片側端部（図３の左側）のオゾンガス・冷却水取出し部９００には、積層方向に延びるオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成されている。ここで冷却水通路９は、冷却水入口９ａと冷却水出口９ｂとに分かれている。冷却水入口９ａ及び冷却水出口９ｂに連通する冷却水通路９は図３に点線で示されるように低圧電極７の内部においてほぼ全体にわたって形成されている。すなわち、概略円形の低圧電極放電部７００に中央から外周部まで同心円状に複数形成されている。尚、隣り合う同心円状の冷却水通路９は、幅の細いリブにて仕切られている。一方、低圧電極７の内部に形成されるオゾンガス通路８は、片側端部の積層方向に延びる通路から中央部に延び、中央部で両主面に形成された開口に連通している。
【００６６】
低圧電極７の片側端部に設けられた積層方向に延びるオゾンガス通路８及び冷却水通路９は、マニホールドブロック２３に設けられたオゾンガス通路及び冷却水通路とつながり、最終的に基台２４に設けられたオゾンガス出口１１及び冷却水出入口１２につながっている。
【００６７】
２枚の電極７ａ，７ｂのオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成されるための溝が形成された面に対して反対側の面には、放電空隙６を形成するための丸形の凸部が同じくエッチングもしくは機械加工によって主面全体に複数形成されている。上述のオゾンガス通路８は、この放電空隙６が形成される面に形成された開口に連通している。
【００６８】
発生したオゾンガスは、低圧電極７の中央部から低圧電極７内に設けられたオゾンガス通路８を通って低圧電極７の片側端部のオゾンガス・冷却水取出し部９００に設けられた積層方向に延びるオゾンガス通路８に至る。一方、低圧電極７内の全体に流れる冷却水は、オゾンガス・冷却水取出し部９００の冷却水入口穴９ａから低圧電極７に入り、低圧電極放電部７００の全面を冷却し、オゾンガス・冷却水取出し部９００の冷却水出口穴９ｂへ抜ける。
【００６９】
低圧電極７の端部に設けられたオゾンガス・冷却水取出し部９００でのオゾンガス出口の集合及び冷却水の出入口の集合構造は、低圧電極７に隣接して設けられたマニホールドブロック２３と協同して基台２４に設けられたオゾンガス出口１１及び冷却水出入口１２につながる。このように本実施の形態においては、低圧電極７及びマニホールドブロック２３内に通路を形成することにより、集合継手、配管部材を無くし、これら継手、配管部材によるスペースを削減することによりコンパクトで簡素化したオゾン発生器を実現している。
【００７０】
このようなことから、本実施の形態においては、低圧電極７をエッチングもしくは機械加工によって数ｍｍ以内で凹凸加工した少なくとも２枚以上の金属板を貼り合わせることで気密流通空間を構成し、オゾンガス通路８及び冷却水通路９とを気密分離させて形成したので、低圧電極７の厚みを薄くすることができ、装置の小型化が行える。また、冷却水及びオゾンガス取出し用配管が不要となるため、組立て、分解が簡単に行え、安価なオゾン発生器を提供することができる。
【００７１】
尚、本実施の形態においては、２枚の電極７ａ，７ｂが接合されて低圧電極７が作製されているが、３枚以上の電極が接合されて内部にオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成されるようにしても良い。
【００７２】
また、本実施の形態においては、低圧電極７と誘電体５との間に放電空隙６を設け、低圧電極７内にオゾンガス通路８を形成しているが、高圧電極３と誘電体５との間に放電空隙を設け、高圧電極３内にオゾンガス通路を形成しても良い。
【００７３】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３のオゾン発生器を示す高圧電極冷却ユニット２の説明図である。高圧電極３は、正方形の板状を成し、上下の両主面に正方形の１辺と同じ長さの直径を有する凸部が形成されている。そして、高圧電極３には、主面と平行な面内に５本の平行な貫通穴がくりぬかれている。これらの貫通穴には、各々、例えばガラス或いはセラミック等の高熱伝導率、高電気絶縁性の材料で作製されたフローチューブ２ｂが挿入されている。また、フローチューブ２ｂと貫通穴との間には、高熱伝導率の熱伝導性接着剤２ａが充填され、フローチューブ２ｂを貫通穴に固定している。
【００７４】
各々のフローチューブ２ｂの端部を接続するように冷却水マニホールド２ｄが設けられている。冷却水マニホールド２ｄは、概略細長状をなし高圧電極３の対向する２辺に沿って延びている。冷却水マニホールド２ｄの内部には、軸芯に沿ってマニホールドが形成されている。マニホールドの片側端は閉塞されている。片方の冷却水マニホールド２ｄにおいて、マニホールドの端部には、冷却水入口２ｅが設けられている。他方の冷却水マニホールド２ｄにおいて、マニホールドの端部には、冷却水出口２ｆが設けられている。冷却水マニホールド２ｄ内に形成されたマニホールドは、各々のフローチューブ２ｂに連通している。
【００７５】
次に動作を説明する。放電による発熱は高圧電極３の両面から発生する。その熱は、熱伝導の良い材料で作製されている高圧電極３の内部に伝わりフローチューブ２ｂ内の冷却水通路２ｃを流れる冷却水に吸収される。これにより高圧電極３の温度が低く保たれる。フローチューブ２ｂの両端は、冷却水マニホールド２ｄにて集結されており、このマニホールドを通して冷却水が出入りされる。
【００７６】
冷却水マニホールド２ｄの設けられた冷却水入口２ｅから入った冷却水は、冷却水マニホールドで分流され、それぞれのフローチューブ２ｂで熱を吸収し、冷却水出口２ｆから出る。高圧電位は、フローチューブ２ｂにより電気的に絶縁されているため、冷却水からの漏電は無く、冷却水に高電気抵抗水（例えばイオン交換水）を使う必要はない。低圧電極７を冷却している水道水と同じものを使用しても良い。このような構成により、高圧電極３を直接冷却することで、構造がシンプルでしかもエネルギー効率良く冷却することができ、高性能なオゾン発生器とすることができる。
【００７７】
このようなことから、本実施の形態においては、高圧電極３の内部に高圧電極冷却ユニット２を設け、熱伝導率の高く、電気絶縁性にすぐれたフローチューブ２ｂで電気的に絶縁し、更に高圧電極３とフローチューブ２ｂとの隙間に熱抵抗を押さえるため、熱の伝わりが良い、伝導性接着剤２ａを隙間に埋めることで熱伝導を良くするように構成したので、冷却水に電気伝導率の小さいイオン交換水等が不要となり、一般の水道水程度の冷却水を用いることができ、電気伝導度の監視装置やイオン交換水の循環設備等が不要となり、装置構成点数の削減による低価格化、維持費用の低減が図ることができる。
また、フローチューブ２ｂは、高圧電極３の主面と平行に複数本が並設されている。そのため、平板状の高圧電極３を効率良く冷却することができる。
【００７８】
実施の形態４．
本実施の形態は金属板の接合方法に関する。２枚の金属板の接合に関し一般的な方法としては、接合剤としてロー剤を用いたロー付け方式がある。ところが、オゾンガス通路８はオゾンが流通するため、オゾンガスによるロー剤との酸化反応が起こり、オゾンガスの分解、酸化物の生成等、オゾン発生器にとって良くない現象が発生する。そこで、本実施の形態においては、この一般的なロー付け方式を用いない。
【００７９】
すなわち、実施の形態２の２枚の電極７ａ，７ｂの接合において、この一般的なロー付け方式を用いない。本実施の形態においては、２枚の金属板の接合に関し、加熱・加圧式接合方法を用いる。この方法は、２枚の金属板を加熱しながら積層方向に大きな圧力をもって押し付けて、接触面で両金属を融合させて接合するものである。金属はその金属特有の溶融点で溶融する。そのため、接合材質で決まる所定の加熱と所定の加圧により金属を接合することができる。この方法は、ロー剤はもとより他の接合剤も全く使用しない。そのため、オゾンによる酸化反応物が生成されずクリーンなオゾンを生成することができる。
【００８０】
このようなことから、本実施の形態においては、２枚以上の金属板を貼り合わせる方法に関し、接合剤を使用せず加熱と加圧のみで接合させる方法を用いたので、オゾンによる接合剤の腐食が生じず寿命が長く信頼性の高いオゾン発生器とすることができる。
【００８１】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の詳細断面図である。本実施の形態においては、低圧電極７の放電空隙６に対向する放電面全体が無機材でなる誘電体膜１３にて覆われている。この誘電体膜１３は、放電空隙６に面している。この誘電体膜１３の厚さは、金属イオンが充分阻止できる厚みとしている。
【００８２】
このような構成のオゾン発生器においては、無声放電が発生する放電空隙６が両面ともに無機材で囲まれることとなり、この空隙に酸素ガスを通すことにより、金属コンタミネーションのないクリーンなオゾンを発生することができる。
【００８３】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。図９は図８のＥ−Ｅ線に沿う矢視断面図である。図１０は図８のＦ−Ｆ線に沿う矢視断面図である。本実施の形態においては、低圧電極７の放電空隙６に対向する放電面全体がセラミック誘電体膜１３ａにて覆われている。このセラミック誘電体膜１３ａは、放電空隙６に面している。セラミック誘電体膜１３ａ上には、放電空隙６を形成するために小型円板状の複数のセラミック誘電体放電空隙用スペーサ１３ａ１が配置されている。
【００８４】
このような構成のオゾン発生器においては、酸素ガスは、低圧電極７の外周部より放電空隙６内に流入し、セラミック誘電体放電空隙用スペーサ１３ａ１間を通りながら無声放電によりオゾンを生成し、低圧電極７の中心に形成されたオゾンガス通路８より、低圧電極７の内部を通り外部に流出する。このとき、放電空隙６は両面ともに無機材で囲まれさらにスペーサも無機材であるので、さらに金属コンタミネーションのないクリーンなオゾンを発生することができる。
【００８５】
尚、セラミック誘電体膜１３ａは、溶射方式により形成され、数μｍの厚さに膜厚制御される。さらにこの溶射方式では、セラミック誘電体放電空隙用スペーサ１３ａ１も同時に形成することができる。
【００８６】
実施の形態７.
図１１はこの発明の実施の形態７のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。図１２は図１１のＧ−Ｇ線に沿う矢視断面図である。図１３は図１１のＨ−Ｈ線に沿う矢視断面図である。本実施の形態においては、低圧電極７の放電空隙６に対向する放電面全体がガラス誘電体膜１３ｂにて覆われている。このガラス誘電体膜１３ｂは、放電空隙６に面している。ガラス誘電体膜１３ｂ上には、放電空隙６を形成するために小型円板状の複数のガラス誘電体放電空隙用スペーサ１３ｂ１が配置されている。
【００８７】
このような構成のオゾン発生器においては、酸素ガスは、低圧電極７の外周部より放電空隙６内に流入し、ガラス誘電体放電空隙用スペーサ１３ｂ１間を通りながら無声放電によりオゾンを生成し、低圧電極７の中心に形成されたオゾンガス通路８より、低圧電極７の内部を通り外部に流出する。このとき、放電空隙６は両面ともに無機材で囲まれさらにスペーサも無機材であるので、さらに金属コンタミネーションのないクリーンなオゾンを発生することができる。
【００８８】
尚、ガラス誘電体膜１３ｂの作製においては、まず石英材質のガラス板をマスクを利用してショトブラスト処理し凸型のガラス誘電体放電空隙用スペーサ１３ｂ１を形成する。その後このガラス誘電体膜１３ｂを接着剤１３ｂ２にて低圧電極７に貼る。
【００８９】
実施の形態８．
図１４はこの発明の実施の形態８のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の詳細断面図である。本実施の形態においては、誘電体５の高圧電極３側の主面が全面にわたって導電膜１４にて覆われている。
【００９０】
導電膜１４を設けていない無い場合、高圧電極３面と誘電体５面を接着等を用いることなく互いに機械的圧力のみで圧着すると、高圧電極３面と誘電体５面を密着良く接触できない。そして、接触面の一部で空隙ができ、この空隙で不正放電（局部放電）が生じてしまう。この不正放電は、誘電体５を破損したり、オゾン発生効率の低下をしたり、クリーンオゾンの発生を妨害したりするので問題であった。
【００９１】
本実施の形態においては、誘電体５の表面に導電膜１４を塗布することで、たとえ完全に密着良く接合できなくとも、誘電体５の導電膜１４と高圧電極３は同電位になるため、接触面の一部に空隙が形成されていても不正放電（局部放電）を防止でき、金属コンタミネーションの発生を阻止することができる。
【００９２】
実施の形態９．
図１５はこの発明の実施の形態９のオゾン発生器を示す高圧電極３と誘電体５の側面図である。本実施の形態においては、高圧電極３と誘電体５との間が隙間無く導電性接着剤にて接合されている。このような構成においても、高圧電極３と誘電体５との密着性を高めることができ、不正放電を防止でき、金属コンタミネーションの発生を阻止することができる。さらには、位置決め等の調整が不要になり、組立が容易になる。
【００９３】
実施の形態１０．
図１６はこの発明の実施の形態１０のオゾン発生器を示す誘電体５を上から見た場合と横から見た場合の図である。本実施の形態は、導電膜１４のエッジ部における金属コンタミネーションを押える構造を有するものである。導電膜１４は高電圧の電位が印加され、そのエッジ部で不正コロナ放電が発生する。この不正コロナ放電の発生は金属コンタミネーションの発生要因となる。本実施の形態においては、導電膜１４の外周部の段差を形成している部分に全周にわたって、絶縁保護膜１６を被覆している。エッジ部で発生する不正コロナ放電を防止することができ、金属コンタミネーションの発生を防止することができる。
その他の構成は実施の形態８と同様である。
【００９４】
実施の形態１１．
図１７はこの発明の実施の形態１１のオゾン発生器を示す高圧電極３と誘電体５の側面図である。本実施の形態においては、導電性接着剤１５の外周部の段差を形成している部分に全周にわたって、絶縁保護膜１６を被覆している。そのため、導電性接着剤１５のエッジ部で不正コロナ放電が発生することを防止することができ、金属コンタミネーションの発生を防止することができる。
その他の構成は実施の形態９と同様である。
【００９５】
実施の形態１２．
本実施の形態においては、高圧電極３の外径が、誘電体５の外径及び誘電体５の表面に設けられた導電膜１４の外径より小さくされている。その他の構成は実施の形態８と同様である。
【００９６】
高圧電極３の外径を、誘電体５や導電膜１４の外径より小さくすることで、不正コロナ放電を無くし金属コンタミネーションを防ぐことができる。導電膜１４の外径が高圧電極３より小さい場合、高圧電極３と誘電体５との間で放電を起こし、金属コンタミネーションの発生の要因となる。
【００９７】
実施の形態１３．
本実施の形態を図２を用いて説明する。図２において、オゾン発生器電極１０１は、平板状の低圧電極７と、低圧電極７の主面に対向する平板状の高圧電極３と、低圧電極７と高圧電極３との間に設けられた平板状の誘電体５及び積層方向に厚さの薄い放電空隙６を形成するための図示しないスペーサとを有する。
【００９８】
オゾン発生器電極１０１は、さらに高圧電極３の内部に高圧電極３と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニット２を有する。
【００９９】
そして、オゾン発生器電極１０１は、低圧電極７と高圧電極３との間に交流電圧を印加され、酸素ガスが注入された放電空隙６に放電を生じさせオゾンガスを発生させる。
【０１００】
オゾン発生器電極１０１は、また、低圧電極７に隣接して設けられ、低圧電極７に設けられた冷却水通路９につながる冷却水通路９、及び低圧電極７に設けられたオゾンガス通路８につながるオゾンガス通路８が形成されたマニホールドブロック２３を有する。
【０１０１】
放電空隙６でオゾン化酸素に変換されたオゾンガスは、低圧電極７の中心部より低圧電極７内のオゾンガス通路８を通り、低圧電極７の片側端部に導かれる。低圧電極７には、オゾンガス通路８以外に、オゾン発生効率を上げるため、冷却水通路９が設けられている。低圧電極７の片側端部には、冷却水を出し入れする積層方向に延びる冷却水出入口がオゾンガス通路と同様に設けられている。そして、上下に隣り合う２つの低圧電極７間にマニホールドブロック２３を挿入し、相互の低圧電極７に形成されたオゾンガス通路８及び冷却水通路９をこのマニホールドブロック２３で連通させる。このような構成とすることにより、オゾンガスの出口及び冷却水の出入口を１箇所に集結でき、小型・軽量で部品点数が少なく品質の高い装置とすることができる。
【０１０２】
実施の形態１４．
図１８はこの発明の実施の形態１４のオゾン発生器を示すマニホールドブロック２３の断面図である。マニホールドブロック２３は、積層方向に２つの部材、すなわち、上側マニホールドブロック２３ａと下側マニホールドブロック２３ｂとに分かれている。両者には、オゾンガス通路８及び冷却水通路９が積層方向に貫通して形成されている。これらのオゾンガス通路８及び冷却水通路９は、低圧電極７に設けられたオゾンガス通路８及び冷却水通路９に連通する。
【０１０３】
下側マニホールドブロック２３ｂには、オゾンガス通路８及び冷却水通路９を囲うようにして設けられた図の上方に向かって立設する円筒部が形成されている。一方、上側マニホールドブロック２３ａは、この円筒部が挿入される凹部を有している。この凹部の中央には、オゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成されている。この円筒部と凹部とは、積層方向に摺動可能な間隙をもってシリンダとピストンの関係のように係合している。そして、この円筒部と凹部との間には、気密性を保つためにＯリング２３ｃが配設されている。また、上側マニホールドブロック２３ａと下側マニホールドブロック２３ｂとの間には、積層方向に弾性を有するように皿ばね２３ｄが配設されている。本実施の形態のマニホールドブロック２３は、このような構造であるので、低圧電極７に設けられたオゾンガス通路８及び冷却水通路９に連通する積層方向に延びる通路を有するとともに、電極の積層方向に伸縮する。
【０１０４】
実施の形態１でも述べたように、オゾン発生効率を良くするには、放電空隙６の精度を上げる必要がある。そのため、放電空隙６形成用スペーサの高さ精度を上げ、更に電極全体を電極押え板２２と締め付けボルト２１で基台２４に締め付けることで放電空隙６の精度を向上させている。しかしながら、低圧電極７はマニホールドブロック２３に隣接して設けられており、マニホールドブロック２３との結合力が強いと電極締め付けに悪影響が働き、放電空隙６の精度が保てなくなる恐れがある。
【０１０５】
すなわち、例えば実施の形態２に図２において、図２の右側には、高圧電極３及び低圧電極７を始め多くの部材が積層されて締め付けボルト２１で基台２４に締め付けられている。そして、この積層物の中に放電空隙６形成用スペーサによって放電空隙６が形成されている。一方、この積層物においては、多くの部材が積層されているために各々の部材の寸法誤差が積算されて縦方向に或る程度の誤差が発生してしまう。そして、低圧電極７は、例えばステンレス等で作製された剛体である。そのため、低圧電極７間に挟まれるブロックを如何に精度良く作製しても、積層物の縦方向の誤差のために、低圧電極７はゆがんでしまう。このゆがみが生じると、放電空隙６を精度良く形成することができない。これに対して、本実施の形態のマニホールドブロック２３は、電極の積層方向に弾性を有するための構造を有する。そのため、積層物の縦方向の誤差を吸収することができ、放電空隙６を精度良く形成することができる。
【０１０６】
このようなことから本実施の形態においては、それぞれの電極に設けられた冷却水通路９を相互につなげる冷却水通路９、或いはオゾンガス通路８につながるオゾンガス通路８が形成されたマニホールドブロック２３を設けたので、冷却水用の配管を設けるスペースやオゾンガスを取出すための配管を設けるスペースを削減でき、装置の小型化、軽量化、及び部品点数の削減、装置の品質向上を図ることができる。
【０１０７】
また、マニホールドブロック２３は、電極の積層方向に弾性機能を有する弾性構造を有する。そのため、マニホールドブロック２３の締め付けによる放電空隙の空隙長への悪影響を無くすことができ、放電空隙の精度を向上させることができる。
【０１０８】
実施の形態１５．
図１９はこの発明の実施の形態１５のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。図２０は図１９のＩ−Ｉ線に沿う矢視断面図である。本実施の形態は、放電空隙６を形成する放電空隙用スペーサ７ｃの配置に関するものである。２枚の電極７ａ，７ｂの片側主面にはあらかじめにはエッチングもしくは機械加工によって深さ数ｍｍの溝が形刻されている。そして、この溝が向き合わされてオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成されている。隣り合う溝と溝の間には、通路を隔てるリブ７ｄが設けられている。そして、本実施の形態の放電空隙用スペーサ７ｃは、リブ７ｄと対向する位置に配置されている。すなわち、放電空隙用スペーサ７ｃは、低圧電極７の放電空隙６に対向する面において、リブ７ｄを積層方向に透過した位置上に配置されている。
【０１０９】
低圧電極７の内部には、全面にわたって冷却水通路９が形成されている。そして、この冷却水通路９の面積を少しでも大きくするために、通路を隔てるリブ７ｄは厚さが出来るだけ薄くされている。一方、放電空隙６を形成する放電空隙用スペーサ７ｃは、放電空隙６を大きくするために、直径が出来るだけ小さい方が望ましい。低圧電極７はステンレス等で作製され全体として薄い剛体をなしているが、積層方向に力が加わった場合、リブ７ｄのある部分は変形に対して強いが、リブ７ｄのない場所は変形に対して弱い。すなわち、へこんでしまう。本実施の形態の放電空隙用スペーサ７ｃはリブ７ｄと対向する位置に配置されているので、これにより、低圧電極７が変形することすることはほとんどない。結果として、放電空隙６の変形が抑制され、精度の高い放電空隙６を形成することができる。
【０１１０】
このようなことから本実施の形態においては、スペーサ７ｃは、低圧電極７の冷却水通路９を形成するリブ７ｄに対向する位置に配置されている。そのため、低圧電極７が変形することがなくなり、電極締め付けによる放電空隙６への悪影響をなくすことができ、オゾン発生効率を高めることができる。
【０１１１】
実施の形態１６．
図２１はこの発明の実施の形態１６のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の詳細断面図である。本実施の形態においては、低圧電極７へ誘電体膜１３を被覆する実施の形態５の構成、誘電体５の片面を導電膜１４にて被覆する実施の形態８の構成、及び、低圧電極７をマニホールドブロック２３で挟み込む実施の形態１３の構成をすべて有している。
【０１１２】
そのため、金属コンタミネーションを生じないクリーンなオゾンを生成する放電空隙６を形成することができるとともに、放電空隙６の冷却性を向上させることができる。
【０１１３】
実施の形態１７．
本実施の形態を図１と図２を用いて説明する。本実施の形態のオゾン発生器電極１０１は、図２に示される、平板状の低圧電極７と、低圧電極７の主面に対向する平板状の高圧電極３と、低圧電極７と高圧電極３との間に設けられた平板状の誘電体５及び積層方向に厚さの薄い放電空隙６を形成するための図示しないスペーサと、高圧電極３の内部に高圧電極３と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニット２とを有する電極モジュール１０２が、図１中、Ｎ−１、Ｎ−２、Ｎ−３、Ｎ−４で示されるように全部で４個積層されている。
【０１１４】
このように本実施の形態においては、電極モジュール１０２が、複数個積層されているので、容量を増大させるとともにコンパクトな装置とすることができる。
尚、本実施の形態においては、電極モジュール１０２が４個積層されているが、４個に限らず複数個積層されていれば同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
実施の形態１８．
図２２はこの発明の実施の形態１８のオゾン発生器を示す誘電体５を上から見た場合の図である。低圧電極７と高圧電極３との間に誘電体５を介して放電を起こさせオゾンを生成する。一方、低圧電極７内には、中央部から低圧電極７の片側端部に延びるオゾンガス通路８が形成されている。低圧電極７の他の部分は、冷却水が巡らされて冷却されるが、オゾンガス通路８の部分には冷却水が巡らされず良好に冷却されない。そのため、このオゾンガス通路８の部分では温度が上昇してしまう。そして、この部分で生成されたオゾンは、この温度上昇により分解されてしまう。
【０１１６】
本実施の形態においては、放電を起こさない領域と放電を起こす領域とを区分できる特殊導電膜１４ａを用いている。特殊導電膜１４ａは、オゾンガス通路８に対向する部分を除いて誘電体５の全面に設けられている。すなわち、本実施の形態においては、オゾンガス通路８上のみ導電膜を施さず、非放電領域とすることで、オゾンガスの上昇を抑えオゾン分解を起こさない構造としている。
【０１１７】
このようなことから本実施の形態においては、導電膜１４ａは、低圧電極７に形成されたオゾンガス通路８に対向する位置以外の部分に設けられている。そのため、導電膜が低圧電極７のオゾンガス通路８上に存在しないこととなり、オゾンガス通路８上で放電による発熱が起こらないため、生成されたオゾンガスの分解が無い、効率のよい装置にすることができる。
【０１１８】
実施の形態１９．
図２３はこの発明の実施の形態１９のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。図２４は図２３のＪ−Ｊ線に沿う矢視断面図である。本実施の形態は、放電空隙６を形成する放電空隙用スペーサの配置に関するものである。低圧電極７と高圧電極３との間に誘電体５を介して放電を起こさせオゾンを生成する。一方、低圧電極７内には、中央部から低圧電極７の片側端部に延びるオゾンガス通路８が形成されている。低圧電極７の他の部分は、冷却水が巡らされて冷却されるが、オゾンガス通路８の部分には冷却水が巡らされず良好に冷却されない。そのため、このオゾンガス通路８の部分では温度が上昇してしまう。そして、この部分で生成されたオゾンは、この温度上昇により分解されてしまう。
【０１１９】
本実施の形態においては、オゾンガス通路８に対向する部分で放電が行われないように、オゾンガス通路８に対向する部分を全体に覆うセラミック誘電体非放電用スペーサ１３ａ２を設けた。その他の放電を行う部分には、実施の形態６と同様なセラミック誘電体放電空隙形成用スペーサ１３ａ１が設けられている。本実施の形態においては、オゾンガス通路８上で放電が行われないように、オゾンガス通路８に対向する部分を全体に覆うセラミック誘電体非放電用スペーサ１３ａ２を設け、非放電領域とすることで、オゾンガス上昇を抑えオゾン分解を起こさない構造としている。
【０１２０】
すなわち、本実施の形態においては、スペーサが、低圧電極７に形成されたオゾンガス通路８に対向する位置以外の部分に設けられ放電空隙６を形成する放電空隙形成用スペーサ１３ａ１と、低圧電極７に形成されたオゾンガス通路８の対向する位置に設けられ放電空隙６の所定の空間をなくす非放電用スペーサ１３ａ２とからなる。そのため、オゾンガス通路８上で放電による発熱が起こらないため、生成されたオゾンガスの分解が無い、効率のよい装置にすることができる。
【０１２１】
【発明の効果】
この発明に係るオゾン発生器においては、平板状の低圧電極と、低圧電極の主面に対向する平板状の高圧電極と、低圧電極と高圧電極との間に設けられた平板状の誘電体及び積層方向に厚さの薄い放電空隙を形成するためのスペーサと、高圧電極の内部に高圧電極と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニットとを備え、低圧電極と高圧電極との間に交流電圧を印加され、酸素ガスが注入された放電空隙に放電を生じさせオゾンガスを発生させる。そのため、放電空隙の冷却効率を向上させ、また放電空隙の温度を良好に下げることができる。これにより、オゾン発生効率を低下させずに電力密度を上げることができ、電極モジュール数の減少が可能となり装置の小型化及び低価格化を図ることができる。さらに、高圧電極を高圧電極冷却ユニットで冷却するため、冷却水として電気伝導率の小さいイオン交換水等を使用せずに済み、一般の水道水程度の冷却水を用いることができる。そのため、電気伝導度の監視装置やイオン交換水の循環設備等が不要となり、装置構成点数の削減による低価格化や、維持費用の低減を図ることができる。
【０１２２】
また、高圧電極冷却ユニットは、高圧電極に貫通してくりぬかれた貫通穴に挿入された高熱伝導率、高電気絶縁性のフローチューブと、フローチューブと貫通穴との間に充填されフローチューブを貫通穴に固定する高熱伝導率の熱伝導性接着剤とを有する。そのため、冷却水として電気伝導率の小さいイオン交換水等を使用せずに済み、一般の水道水程度の冷却水を用いることができる。そのため、電気伝導度の監視装置やイオン交換水の循環設備等が不要となり、装置構成点数の削減による低価格化や、維持費用の低減を図ることができる。
【０１２３】
また、フローチューブは、高圧電極の主面と平行に複数本が並設されている。そのため、平板状の高圧電極を効率良く冷却することができる。
【０１２４】
また、低圧電極は、主面に溝が形成された２枚以上の金属製の平板が溝を向き合うようにして貼り合わせて作製されることにより内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成されている。そのため、低圧電極の厚みを薄くすることができ、装置の小型化が行える。また、冷却水及びオゾンガス取出し用配管が不要となるため、組立て、分解が簡単に行え、安価なオゾン発生器を提供することができる。
【０１２５】
また、金属製の平板は、加熱と加圧のみで貼り合わせられている。そのため、オゾンによる接合剤の腐食が生じることがなく、寿命が長く信頼性の高いオゾン発生器とすることができる。
【０１２６】
また、低圧電極の放電空隙に対向する主面が、無機物でなる誘電体膜で被われている。そのため、放電空隙が全て無機物で挟まれる構成となり、放電による金属スパッタによる金属コンタミネーションが抑えられ、クリーンなオゾンガスを発生するオゾン発生器を提供することができる。
【０１２７】
また、誘電体膜は、セラミック材で作製されている。そのため、溶射方式により容易に誘電体膜を形成することができ、また数μｍの厚さに膜厚制御することができる。さらにこの溶射方式では、セラミック誘電体放電空隙用スペーサも同時に形成することができる。
【０１２８】
また、誘電体膜は、ガラス材で作製されている。そのため、石英材質のガラス板を接着剤にて低圧電極に貼ることで容易に誘電体膜を形成することができる。また、このガラス板を低圧電極に貼る前に、マスクを利用してショトブラスト処理することにより凸型のガラス誘電体放電空隙用スペーサを容易に形成することができる。
【０１２９】
また、誘電体の高圧電極に対向する主面が、導電性を有する導電膜で被われ、導電膜が高圧電極に接触している。そのため、誘電体の片面を導電膜で被い、この導電膜で被った面と高圧電極とを密着させる構造とすれば、高圧電極と誘電体との間に隙間が存在しても、高圧電極の電位が導電膜と同じ電位になり、局所放電を無くすことができ、金属コンタミネーションの発生を防止することができる。また、高圧電極と誘電体を簡易な圧接のみで接合することができるため、容易に組立・分解ができ、部品の再生もできる効果を有する。
【０１３０】
また、誘電体と高圧電極は、導電性接着剤で貼り合わせられている。そのため、誘電体と高圧電極との間の隙間を無くし局部放電を防止することができ、金属コンタミネーションの発生を防止することができる。
【０１３１】
また、導電膜の外周エッジ部が、無機物でなる絶縁保護膜で被覆されている。そのため、導電膜の外周エッジ部で生じる不正コロナ放電を抑制することができ、金属コンタミネーションの発生を防止することができる。
【０１３２】
また、導電性接着剤の外周エッジ部が、無機物でなる絶縁保護膜で被覆されている。そのため、導電性接着剤の外周エッジ部で生じる不正コロナ放電を抑制することができ、金属コンタミネーションの発生を防止することができる。
【０１３３】
また、高圧電極の外径は、誘電体の外径よりも小さい。そのため、不正コロナ放電を無くし金属コンタミネーションの発生を防ぐことができる。また、誘電体の損傷を抑制することができ、誘電体の寿命が長い信頼性の高いオゾン発生器を提供することができる。
【０１３４】
また、高圧電極の外径は、誘電体を被う導電膜の外径よりも小さい。そのため、不正コロナ放電をさらに無くし金属コンタミネーションの発生を防ぐことができる。また、誘電体の損傷をさらに抑制することができ、誘電体の寿命が長い信頼性の高いオゾン発生器を提供することができる。
【０１３５】
また、低圧電極に隣接して設けられ、低圧電極に設けられた冷却水通路につながる冷却水通路、或いは低圧電極に設けられたオゾンガス通路につながるオゾンガス通路が形成されたマニホールドブロックを備えている。そのため、冷却水用の配管を設けるスペースやオゾンガスを取出すための配管を設けるスペースを削減でき、装置の小型化、軽量化、及び部品点数の削減、装置の品質向上を図ることができる。
【０１３６】
また、マニホールドブロックは、低圧電極、高圧電極の積層方向に弾性機能を有する弾性構造を有する。そのため、マニホールドブロックの締め付けによる放電空隙の空隙長への悪影響を無くすことができ、放電空隙の精度を向上させることができる。
【０１３７】
また、スペーサは、低圧電極の冷却水通路を形成するリブに対向する位置に配置されている。そのため、低圧電極が変形することすることがなくなり、結果として、放電空隙の変形が抑制され、精度の高い放電空隙を形成することができる。
【０１３８】
また、この発明に係るオゾン発生器においては、平板状の低圧電極と、低圧電極の主面に対向する平板状の高圧電極と、低圧電極と高圧電極との間に設けられた平板状の誘電体及び積層方向に厚さの薄い放電空隙を形成するためのスペーサと、高圧電極の内部に高圧電極と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニットと、低圧電極に隣接して設けられ、低圧電極に設けられた冷却水通路につながる冷却水通路、或いは低圧電極に設けられたオゾンガス通路につながるオゾンガス通路が形成されたマニホールドブロックとを備え、低圧電極の放電空隙に対向する主面が、無機物でなる誘電体膜で被われ、誘電体の高圧電極に対向する主面が、導電性を有する導電膜で被われ、導電膜が高圧電極に接触している。そのため、金属コンタミネーションを生じないクリーンなオゾンを生成する放電空隙を形成することができるとともに、放電空隙の冷却性を向上させることができる。
【０１３９】
また、低圧電極、高圧電極、誘電体、スペーサ、及び高圧電極冷却ユニットを有する電極モジュールが、複数個積層されている。そのため、装置の容量を電極モジュールの積層数により変化させることができ、容易に容量の増大を図ることができ、一方、容量を増大してもコンパクトな装置とすることができる。
【０１４０】
また、導電膜は、低圧電極に形成されたオゾンガス通路に対向する位置以外の部分に設けられている。そのため、導電膜が低圧電極のオゾンガス通路上に存在しないこととなり、オゾンガス通路上で放電による発熱が起こらないため、生成されたオゾンガスの分解が無い、効率のよい装置にすることができる。
【０１４１】
また、スペーサは、低圧電極に形成されたオゾンガス通路に対向する位置以外の部分に設けられ放電空隙を形成する放電空隙形成用スペーサと、低圧電極に形成されたオゾンガス通路の対向する位置に設けられ放電空隙の所定の空間をなくす非放電用スペーサとからなる。そのため、オゾンガス通路上で放電による発熱が起こらないため、生成されたオゾンガスの分解が無い、効率のよい装置にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のオゾン発生器を説明する模式的な説明図である。
【図２】 この発明の実施の形態１のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の模式的な詳細断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態２のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。
【図４】 図３のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。
【図５】 図３のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態３のオゾン発生器を示す高圧電極冷却ユニット２の説明図である。
【図７】 この発明の実施の形態５のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の詳細断面図である。
【図８】 この発明の実施の形態６のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。
【図９】 図８のＥ−Ｅ線に沿う矢視断面図である。
【図１０】 図８のＦ−Ｆ線に沿う矢視断面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態７のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。
【図１２】 図１１のＧ−Ｇ線に沿う矢視断面図である。
【図１３】 図１１のＨ−Ｈ線に沿う矢視断面図である。
【図１４】 この発明の実施の形態８のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の詳細断面図である。
【図１５】 この発明の実施の形態９のオゾン発生器を示す高圧電極３と誘電体５の側面図である。
【図１６】 この発明の実施の形態１０のオゾン発生器を示す誘電体５を上から見た場合と横から見た場合の図である。
【図１７】 この発明の実施の形態１１のオゾン発生器を示す高圧電極３と誘電体５の側面図である。
【図１８】 この発明の実施の形態１４のオゾン発生器を示すマニホールドブロック２３の断面図である。
【図１９】 この発明の実施の形態１５のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。
【図２０】 図１９のＩ−Ｉ線に沿う矢視断面図である。
【図２１】 この発明の実施の形態１６のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の詳細断面図である。
【図２２】 この発明の実施の形態１８のオゾン発生器を示す誘電体５を上から見た場合の図である。
【図２３】 この発明の実施の形態１９のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。
【図２４】 図２３のＪ−Ｊ線に沿う矢視断面図である。
【図２５】 従来のオゾン発生器の断面図である。
【符号の説明】
２ 高圧電極冷却ユニット、２ａ 伝導性接着剤、２ｂ フローチューブ、２ｃ 冷却水通路、２ｄ 冷却水マニホールド、３ 高圧電極、５ 誘電体、６ 放電空隙、７ 低圧電極、８ オゾンガス通路、９ 冷却水通路、１１ オゾンガス出口、１２ 冷却水出入口、１３ 誘電体膜、１３ａ セラミック誘電体膜、１３ａ１ セラミック誘電体放電空隙形成用スペーサ、１３ａ２ セラミック誘電体非放電用スペーサ、１３ｂ ガラス誘電体膜、１３ｂ１ ガラス誘電体放電空隙用スペーサ、１３ｂ２ 接着剤、１４ 導電膜、１５ 導電性接着剤、１６ 絶縁保護膜、２３ マニホールドブロック、２３ａ 上側マニホールドブロック、２３ｂ 下側マニホールドブロック、２３ｃ Ｏリング、２３ｄ 皿バネ、１００ オゾン発生器、１０１ オゾン発生器電極、１０２ 電極モジュール。
【発明の属する技術分野】
この発明は、積層された複数の平板状の高圧電極及び低圧電極を有し、この間に交流電圧を印加し放電を生じさせオゾンガスを生成する平板積層型オゾン発生装置に関し、特にこの平板積層型オゾン発生装置の要部であって、高圧電極及び低圧電極を有し酸素ガスを供給されてオゾンガスを生成するオゾン発生器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２５は例えば特許第３１１３８８５号「オゾン発生装置用放電セル」に記載された従来のオゾン発生器の断面図である。従来のオゾン発生器は、図２５に示すように、概略平板状の剛性体からなる複数の低圧電極７を、両側一対のブロック２５を挟んで板厚方向に重ね合わせることにより、複数の電極モジュールの積層体が構成されている。電極モジュールの積層体は、電極押え板２２と基台２４との間に、両側部を積層方向に貫通する複数本の締め付けボルト２１により定着されている。
【０００３】
各電極モジュールは、上下一対の低圧電極７と、この低圧電極７，７間に挟まれた両側一対のブロック２５と、ブロック２５，２５の内側に位置して低圧電極７，７間に配置された誘電体ユニット３０と、誘電体ユニット３０の両面側に放電空隙６を形成するために設けられた複数の放電空隙形成用の弾性体スペーサ２６とを有している。弾性体スペーサ２６は、紙面に対して垂直方向に延びる断面円形の棒状をなす。
【０００４】
両側一対のブロック２５は、ステンレス鋼板等の導電性板材からなる導電性剛体で、低圧電極７間の両側部に介在することにより、この間に、ブロック厚に等しいギャップ量の空間を形成する。
【０００５】
尚、図面はいずれも上下方向の寸法を誇張したものになっており、実際の厚さは例えば低圧電極７で３ｍｍ以下、ブロック２５で３ｍｍ以下というように非常に薄く作製されている。
【０００６】
上下一対の低圧電極７は、内部に冷却水通路９が形成されておりヒートシンクを兼ねている。また、片側のブロック２５にも冷却水通路９が形成されている。そして、低圧電極７内の冷却水通路９は、冷媒としての冷却水を流通させるために、ブロック２５を経由して基台２４に設けられた冷却水出入口１２に連通している。
【０００７】
一方、低圧電極７の放電空隙６に対向する主面には、例えばエッチング等によりオゾンガス通路８が形刻されている。このオゾンガス通路８は、ブロック２５に形成されたオゾンガス通路８を経由して基台２４に設けられたオゾンガス出口１１に連通している。また、放電空隙６の両側部には、放電空隙６に対して酸素ガスを紙面に向かって垂直方向に供給する酸素ガス入口１０が設けられている。
【０００８】
上下一対の低圧電極７と両側一対のブロック２５で囲まれた空間に配置される誘電体ユニット３０は、誘電体としての上下一対のガラス板５の間に高圧電極３を挟んだサンドイッチ構造を成す薄板状剛性体である。 高圧電極３は、ステンレス鋼板等の導電性薄板からなり、その一部は図示しない給電端子として外部へ導出されている。
【０００９】
誘電体ユニット３０の両面側に放電空隙６を形成するために設けられる放電空隙形成用の弾性体スペーサ２６は、耐オゾン性及び弾力性を有する断面が円形の細い樹脂線材であり、放電空隙６の内に所定の間隔で配置されている。各スペーサ２６の厚み（外径）は、圧縮のない状態で放電空隙６の各ギャップ量より５〜６％程度大きく設定されている。
【００１０】
この設定により、弾性体スペーサ２６は低圧電極７と誘電体ユニット３０により上下から圧縮され、この圧縮により、誘電体ユニット３０は上下から均等な圧力で弾性的に押圧され、上記空間内の上下方向中央部に保持される。その結果、誘電体ユニット３０の両面側には、均等なギャップ量の放電空隙６が形成される。
【００１１】
尚、弾性体スペーサ２６の代わりに剛性体スペーサを用いた場合においては、剛性体スペーサはブロック２５を締め付けた時に必然的に決定される放電空隙長（放電空隙の積層方向の高さ）より小さい径のものが用いられる。そのため、スペーサは放電空隙の中で積層方向に圧縮されない。
【００１２】
次に動作について説明する。
低圧電極７と高圧電極３の間に交流高電圧を印加すると、誘電体５を介して放電空隙６に誘電体バリヤー放電が発生する。この放電によって酸素ガスが一旦酸素原子に解離し、ほぼ同時にこの酸素原子と他の酸素分子及び壁等の三体衝突が引き起こされオゾンガスが生成される。この仕組みを利用して、放電空隙６に連続に酸素ガスを供給することで、放電で生成されたオゾンガスは、オゾンガス出口１１からオゾン化ガスとして連続的に取り出すことができる。
【００１３】
この放電で取り出せるオゾン発生効率は、一般に最大約２０％である。すなわち、放電電力の８０％は電極を加熱してロスする。また、オゾンガスの発生効率は電極温度（厳密には放電ガス温度）に依存しており、電極の温度が低いほど発生効率が高い。そのため、電極を冷却水等で直接冷却する、或いは放電空隙６のギャップ長を短くすることで放電空隙６中のガス温度の上昇を抑制し、かつ電子温度を高めることでオゾン生成効率を高め、オゾン分解を抑制して、結果として効率良く高濃度のオゾンガスが取り出せるオゾン発生器を可能としている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の従来のオゾン発生器においては、電極の冷却が低圧電極７側の片面冷却であり、高圧電極３が冷却されていない。そのため、高・低圧電極を冷却する両面冷却方式よりも、同一電力を投入した場合放電空隙６のガス温度は約４倍程度となる。そして、このガス温度上昇によって、生成したオゾンを分解する量が増大するため、電極に投入する放電電力密度をさらに高く上げられず、オゾンガスを効率良く発生させることが出来なかった。
【００１５】
また、弾性体のスペーサ２６を用いる際、放電空隙６内には放電による十分高いエネルギーを有した電子が存在するため、有機材で形成した弾性体のスペーサ２６は、この放電に触れることにより高エネルギーの電子（放電エネルギー）が衝突して化学結合が遊離する損傷を受ける。そして、オゾン発生器を連続運転で使用すると、金属製スペーサに比べてスペーサ２６は短い期間で劣化し、その劣化によりガスを均一に流すことが不可能になり、効率が急激に減少し、装置の寿命が短くなる欠点が有った。
【００１６】
また、耐オゾン性のあるテフロン（登録商標）製の弾性体スペーサを使用した場合においても、上述の高エネルギーの電子（放電エネルギー）が衝突して化学結合が遊離する損傷を受ける。さらに、空気中において一般に「難燃性物質」である物質を用いても、高濃度のオゾンや酸素ガス雰囲気では「可燃性物質」と同様になり、放電空間に直接接触する部分に設置することにおいては、放電エネルギーによって弾性体スペーサの昇化反応が活性化してクリーンなオゾンガスが得られなくなる問題点があった。
【００１７】
一方、弾性体のスペーサ２６の代わりに剛性体のスペーサを用いた場合、ブロック２５を介して締め付けた時に必然的に決定される放電空隙長より小さい径になるように設計する。そのため、放電空隙６を微少な隙間にして高濃度のオゾンを発生させようとする場合、放電ガス通路の圧力損失（図２５の紙面に垂直なガス通路の圧力損失）よりも、放電空隙形成用スペーサ２６で仕切っている隙間での圧力損失（放電空隙形成用スペーサ２６と誘電体５との微少な間隙での圧力損失）が非常に小さくなる。これにより、放電空隙形成用スペーサ２６によるガスを均一に流すことが困難となる。その結果、オゾン発生効率が低下して、コンパクトなオゾン発生器にすることが出来ないなどの問題点があった。
【００１８】
一般に、スペーサ２６の形成する隙間での圧力損失を、放電通路部の圧力損失の約１０倍以上にしなければガス流体を均一に流すことができない。例えば、放電空隙６が０．１ｍｍ程度であるとき、スペーサ２６の厚みと放電空隙との隙間は、非常に高い精度であることが要求される。そして、このような精度でスペーサ２６を製作し、かつ放電空隙に接触せずに配置することは非常に困難である。このような理由により、スペーサ２６を精度良く製作するためにはコストが非常にアップし、装置を安価に製作することが不可能であった。
【００１９】
また、このような構成の従来のオゾン発生器においては、上下一対の低圧電極７と、この低圧電極７，７間に挟まれた両側一対のブロック２５と、ブロック２５，２５の内側に位置して低圧電極７，７間に配置された誘電体ユニット３０と、誘電体ユニット３０の両面側に放電空隙６を形成するために設けられた複数の放電空隙形成用の弾性体スペーサ２６から成る電極モジュールを、低圧電極７を介して複数個積層し、固定する手段として上端に設けた電極押え板２２と下端に設けた基台２４間を電極モジュールの両側位置に積層方向に貫通させた締め付けボルト２１で締め付けている。すなわち、電極モジュールを挟んだ低圧電極７の両端で締め付ける構成にしたため、電極モジュールの両サイドが支点となり、本来平面であるべき低圧電極７が円弧状に歪み、特に０．１ｍｍの厚さの放電空隙においては、空隙長が均一にならなくなり高濃度のオゾンが得られなくなる問題点があった。
【００２０】
さらに、従来のオゾンガス通路８はガスシールドを施さないで作製されていた。そのため、各積層された低圧電極７で挟まれた電極モジュールに、原料酸素ガスを１００％供給することが出来なかった。すなわち、酸素ガスが電極モジュールの放電通路を通らず直接オゾンガス出口１１に逃げてしまう「ショートパス現象」が生じていた。この「ショートパス現象」が発生すると、電極モジュールのオゾン発生効率が低下するとともに高濃度のオゾンを生成することができず、さらに、放電空隙６で発生したオゾン濃度は原料の酸素ガスのショートパス流量によって薄められるため、高濃度のオゾンガスをさらに取出せないの問題点が発生していた。
【００２１】
この発明は、上述のような複数の課題を一括して解決するためになされたものであり、
第１の目的は、オゾン発生性能を損わず信頼性の高い電極モジュール構造であり、しかも電極モジュールの寿命を長くすることのできるオゾン発生器を提供することを目的とする。
第２の目的は、非常に薄い平板状の電極モジュールを簡単な作業で、積層・組合せることができ、さらにコンパクトなモジュール化を実現することができるオゾン発生器を提供することを目的とする。
第３の目的は、高圧電極３及び低圧電極７の両電極を良好に冷却可能な構造のオゾン発生器を提供することを目的とする。
第４の目的は、電極の少なくとも一方を、冷却構造とオゾンガス取出構造をともに備え、薄く、軽く、しかも安価で品質の良い電極とすることができるオゾン発生器を提供することを目的とする。
第５の目的は、生成するオゾンガスの純度が良い、つまりクリーンオゾンガスを生成することのできるオゾン発生器を提供することを目的とする。
第６の目的は、オゾン発生器内の部品機能を統合化させ、部品点数の削減もしくは部品コストの低減を図ることのできるオゾン発生器を提供することを目的とする。
【００２２】
この発明は上述のような目的を達成するためになされたものであり、電極モジュールを容易に支持することができ、電極モジュール間の原料ガスを確実にシールドすることができるとともに、電極の位置決めを容易に行うことができ、複数個の電極モジュールを放電空隙のバラツキをなくして支持することができ、性能の良いオゾン発生器を得るものである。
また、耐オゾン性に優れ、コンパクトで長寿命、高品質のオゾン発生器を実現するものである。
また、放電空隙の構成は特許第３１１３８８５号に用いた放電空隙内の弾性体を用いず、さらに空隙長より径の小さい高精度の剛性体スペーサを必要とせず、放電空隙長に等しい厚さのスペーサを用いることを可能とするオゾン発生器を得るものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、電極モジュールが複数個積層されて構成され、各電極モジュールが、内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成された平板状の低圧電極と、上記低圧電極の主面に対向する平板状の高圧電極と、上記低圧電極と上記高圧電極との間および上記高圧電極と隣接する上記電極モジュールの低圧電極との間に設けられた平板状の誘電体及び積層方向に厚さの薄い放電空隙を形成するためのスペーサと、上記高圧電極の内部に該高圧電極と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニットと、を含み、上記低圧電極と上記高圧電極との間に交流電圧を印加され、酸素ガスを含む原料ガスが注入された上記放電空隙に放電を生じさせオゾンガスを発生させ、最端の上記電極モジュールの端にある上記スペーサの上記高圧電極と反対側の内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成された平板状の低圧電極が設けられ、さらに上記各電極モジュールの片側に、隣接する上記低圧電極の主面間にこれらにそれぞれ接して設けられ、該低圧電極に設けられた冷却水通路につながる冷却水通路及び該低圧電極に設けられたオゾンガス通路につながるオゾンガス通路が形成されたマニホールドブロックと、を備えたことを特徴とするオゾン発生器にある。
また、上記各電極モジュール及び各マニホールドブロックが上記酸素ガスを含む原料ガスが充満された発生器カバー内に収納され、上記酸素ガスを含む原料ガスが上記放電空隙へ周囲から侵入し発生したオゾンガスが上記低圧電極の中心部の孔から上記オゾンガス通路に導かれる。
また、上記各マニホールドブロックは、積層方向に２つの部材に分かれており、上記部材間に上記弾性構造が設けられ、上記部材間の上記冷却水通路及び上記オゾンガス通路はそれぞれ該通路が形成された円筒部とこれを受け入れる凹部およびこれらの間に気密性を保つために配設されたＯリングで接続されている。
また、上記低圧電極、高圧電極、誘電体、スペーサ、及び高圧電極冷却ユニットが積層された部分と、上記低圧電極及びマニホールドブロックが積層された部分とが別々の挟持機構で挟持固定され、上記低圧電極の上記双方の部分の間にくびれ部を設けた。
【００２４】
また、高圧電極冷却ユニットは、高圧電極に貫通してくりぬかれた貫通穴に挿入された高熱伝導率、高電気絶縁性のフローチューブと、フローチューブと貫通穴との間に充填されフローチューブを貫通穴に固定する高熱伝導率の熱伝導性接着剤とを有する。
【００２５】
また、低圧電極は、主面に溝が形成された２枚以上の金属製の平板が溝を向き合うようにして貼り合わせて作製されることにより内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成されている。
【００２６】
また、フローチューブは、高圧電極の主面と平行に複数本が並設されている。
【００２７】
また、金属製の平板は、加熱と加圧のみで貼り合わせられている。
【００２８】
また、低圧電極の放電空隙に対向する主面が、無機物でなる誘電体膜で被われている。
【００２９】
また、誘電体膜は、セラミック材で作製されている。
【００３０】
また、誘電体膜は、ガラス材で作製されている。
【００３１】
また、誘電体の高圧電極に対向する主面が、導電性を有する導電膜で被われ、導電膜が高圧電極に接触している。
【００３２】
また、誘電体と高圧電極は、導電性接着剤で貼り合わせられている。
【００３３】
また、導電膜の外周エッジ部が、無機物でなる絶縁保護膜で被覆されている。
【００３４】
また、導電性接着剤の外周エッジ部が、無機物でなる絶縁保護膜で被覆されている。
【００３５】
また、高圧電極の外径は、誘電体の外径よりも小さい。
【００３６】
また、高圧電極の外径は、誘電体を被う導電膜の外径よりも小さい。
【００３７】
また、低圧電極に隣接して設けられ、低圧電極に設けられた冷却水通路につながる冷却水通路、或いは低圧電極に設けられたオゾンガス通路につながるオゾンガス通路が形成されたマニホールドブロックを備えている。
【００３８】
また、マニホールドブロックは、低圧電極、高圧電極の積層方向に弾性機能を有する弾性構造を有する。
【００３９】
また、スペーサは、低圧電極の冷却水通路を形成するリブに対向する位置に配置されている。
【００４０】
また、電極モジュールが複数個積層されて構成され、各電極モジュールが、内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成された平板状の低圧電極と、上記低圧電極の主面に対向する平板状の高圧電極と、上記低圧電極と上記高圧電極との間および上記高圧電極と隣接する上記電極モジュールの低圧電極との間に設けられた平板状の誘電体及び積層方向に厚さの薄い放電空隙を形成するためのスペーサと、上記高圧電極の内部に該高圧電極と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニットと、を含み、上記低圧電極と上記高圧電極との間に交流電圧を印加され、酸素ガスを含む原料ガスが注入された上記放電空隙に放電を生じさせオゾンガスを発生させ、最端の上記電極モジュールの端にある上記スペーサの上記高圧電極と反対側の内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成された平板状の低圧電極が設けられ、さらに上記各電極モジュールの片側に、隣接する上記低圧電極の主面間にこれらにそれぞれ接して設けられ、該低圧電極に設けられた冷却水通路につながる冷却水通路及び該低圧電極に設けられたオゾンガス通路につながるオゾンガス通路が形成されたマニホールドブロックと、を備え、上記各低圧電極の上記放電空隙に対向する主面が、無機物でなる誘電体膜で被われ、上記各誘電体の上記高圧電極に対向する主面が、導電性を有する導電膜で被われ、該導電膜が該高圧電極に接触している。
【００４１】
また、低圧電極、高圧電極、誘電体、スペーサ、及び高圧電極冷却ユニットを有する電極モジュールが、複数個積層されている。
【００４２】
また、導電膜は、低圧電極に形成されたオゾンガス通路に対向する位置以外の部分に設けられている。
【００４３】
また、スペーサは、低圧電極に形成されたオゾンガス通路に対向する位置以外の部分に設けられ放電空隙を形成する放電空隙形成用スペーサと、低圧電極に形成されたオゾンガス通路の対向する位置に設けられ放電空隙の所定の空間をなくす非放電用スペーサとからなる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図に基づいて説明する。
図１は平板積層型オゾン発生装置を説明する模式的な説明図である。平板積層型オゾン発生装置は、オゾンを発生させる要部構成としてのオゾン発生器１００と、このオゾン発生器１００に電力を供給するオゾントランス２００及び高周波インバータ３００から構成されている。
【００４５】
高周波インバータ３００は、電源入力４０４から入力された電力を必要な周波数に変換してインバータ出力ケーブル４０３に出力する。オゾントランス２００は、この電力を所定の電圧まで昇圧させ、オゾン発生に必要な電力としてオゾン発生器１００に供給する。高周波インバータ３００は、さらに電流／電圧を制御する機能を有し供給する電力注入量を制御する。
オゾントランス２００から供給される高電圧は、高電圧ケーブル４０１から高圧ブッシング１２０を通してオゾン発生器１００の高圧電極３に供給される。一方、低電圧は、低電圧ケーブル４０２から基台２４を介して低圧電極７に供給される。
【００４６】
オゾン発生器１００は、高圧電極３及び低圧電極７を有する複数の電極モジュール１０２を備えている。所定の個数の電極モジュール１０２が基台２４上に図中矢印Ｚ方向に積層されてオゾン発生器電極１０１が構成されている。オゾン発生器電極１０１は、発生器カバー１１０で覆われている。発生器カバー１１０には、窒素、炭酸ガス等が微量含まれた酸素ガスを供給するオゾン発生器酸素ガス入口１３０が設けられている。供給された酸素ガスは、発生器カバー１１０に充満され、後述する放電空隙に入り込む。一方、基台２４には、後述する放電空隙にて生成されたオゾンガスをオゾン発生器１００から外部に出すオゾンガス出口１１と電極モジュール１０２を冷却する冷却水が出入りする冷却水出入口１２が設けられている。
【００４７】
このような構成の平板積層型オゾン発生装置において、本発明は特にオゾン発生装置の要部であるオゾン発生器１００に関し、詳細には、オゾン発生器１００のオゾン発生器電極１０１及び電極モジュール１０２の構造に関するものである。
【００４８】
実施の形態１．
図２はこの発明の実施の形態１のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の模式的な詳細断面図である。図２において、オゾン発生器電極１０１は、平板状の低圧電極７と、低圧電極７の主面に対向する平板状の高圧電極３と、低圧電極７と高圧電極３との間に設けられた平板状の誘電体５及び積層方向に厚さの薄い放電空隙６を形成するための図示しないスペーサとを有する。
【００４９】
オゾン発生器電極１０１は、さらに高圧電極３の内部に高圧電極３と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニット２を有する。
【００５０】
そして、オゾン発生器電極１０１は、低圧電極７と高圧電極３との間に交流電圧を印加され、酸素ガスが注入された放電空隙６に放電を生じさせオゾンガスを発生させる。
【００５１】
図１に示したオゾントランス２００から高圧ブッシング１２０を介して高圧電極３の給電端子４に電力が供給される。高圧電極３は、ステンレス、アルミ等の金属で作製されている。誘電体５の主面は高圧電極３に密着している。誘電体５は、セラミック、ガラス、シリコン等の材料で作製されている。誘電体５と低圧電極７との間には、後述するスペーサによって放電空隙６が形成されている。本実施の形態においては、放電空隙６は円板状に形成されており、図１の発生器カバー１１０に充満された酸素ガスは、放電空隙６の全周囲から中心方向に向かって注入される。
【００５２】
高圧電極３と低圧電極７との間に交流・高電圧を印加することで、放電空隙６を流れる酸素ガスをオゾンに変換する。放電空隙６でオゾン化酸素に変換されたオゾンガスは、低圧電極７の中心部から低圧電極７内に設けられたオゾンガス通路８を経由してオゾンガス出口１１に導かれる。
【００５３】
低圧電極７は、ステンレス鋼板等からなる２枚の導電板を接合して板間にオゾンガス通路８を形成した薄板状の導電性剛体である。低圧電極７には、オゾンガス通路８以外にオゾン発生効率を上げるための冷却水通路９が設けられている。そして、この冷却水通路９に冷却水を流すことで、放電空隙６内のガス温度を下げる。
【００５４】
一方、高圧電極３を冷却するために、各高圧電極３の内部に高圧電極冷却ユニット２が設けられている。高圧電極冷却ユニット２は、高圧電極３に貫通してくりぬかれた貫通穴に挿入され内部に冷却水を流通させる高熱伝導率、高電気絶縁性の材料で作製されたフローチューブ２ｂと、フローチューブ２ｂと貫通穴との間に充填されフローチューブ２ｂを貫通穴に固定する高熱伝導率の熱伝導性接着剤２ａとを有する。
【００５５】
低圧電極７内に形成されたオゾンガス通路８は、マニホールドブロック２３に形成されたオゾンガス通路８を経由して基台２４に設けられたオゾンガス出口１１に連通している。一方、低圧電極７に形成された冷却水通路９はマニホールドブロック２３に形成された冷却水通路９を経由して基台２４に設けられた冷却水出入口１２に連通している。
特に図示はしないが、低圧電極７とマニホールドブロック２３あるいは基台２４間における冷却水の水密はＯリング等のガスケット材が挟み込まれている。また、オゾンガスの気密にもＯリング等のガスケット材が挟み込まれている。
【００５６】
低圧電極７、高圧電極３、誘電体５、スペーサ及び高圧電極冷却ユニット２から成る電極モジュール１０２は、各構成要素を貫通する締め付けボルト２１によって、電極押え板２２と基台２４との間で締着されて固定されている。放電空隙６はマニホールドブロック２３によって、積層方向に所定の厚さに保たれている。
【００５７】
尚、本実施の形態は、高圧電極３と低圧電極７との間に無声（誘電体バリヤー）放電に必要な誘電体５を設け、そしてこの誘電体５と低圧電極７との間にスペーサを配置して放電空隙６を設けている。しかし、高圧電極３と誘電体５との間にスペーサを配置して放電空隙６を設けても良い。
【００５８】
次に動作について説明する。高圧電極３と低圧電極７に交流・高電圧を印加すると、放電空隙６で無声（誘電体バリヤー）放電が発生する。この放電空隙６に酸素ガスを通すと酸素が変換されオゾンが発生する。発生器カバー１１０に充満された酸素ガスは、低圧電極７と誘電体５との間に形成された放電空隙６を通過し、その間にオゾンに変換される。本実施の形態においては、誘電体５、高圧電極３及び両者間に形成された放電空隙６は、各々概略円板状を成している。そして、酸素ガスは誘電体５の全周囲から中心に向かって流れ放電空隙６でオゾン化酸素ガスとなる。
【００５９】
オゾンを効率よく生成させるには、特に厚さの薄い空間である放電空隙６を精度を良く保つ必要がある。電極モジュールの積層体を、電極押え板２２と基台２４との間で、両側部にブロック２３を配置して積層方向に貫通する複数本の締め付けボルト２１により締め付けることにより、所定の空隙精度を得られるようにしている。そして、放電空隙６は、低圧電極７の表面に配置した図示しない放電空隙用スペーサによって形成している。つまり、放電空隙６の厚さ（積層方向の高さ）は、この放電空隙用スペーサの高さで設定している。この放電空隙用スペーサの高さを均一に加工すること及び締め付けボルト２１で各電極を締め付けることで、放電空隙６の精度を確保している。
【００６０】
オゾンを効率よく生成するもう一つの手段として、放電空隙６内の温度を下げる方法がある。電極として高圧電極３と低圧電極７が設けられており、この両電極を水またはガス等で冷却する方法が考えられる。水とガスの冷却効果は水の方が大きいが、水を用いる場合、高圧電極３には高電圧が印加されるため、冷却水の電気伝導率を小さく（イオン交換水を用いる等）する必要がある。一方、ガスを用いる場合はその必要は無いが構造が複雑、騒音が大きい、または冷媒の熱容量が小さい等一長一短がある。
【００６１】
本実施の形態においては、低圧電極７に隣接して放電空隙６が形成されており、低圧電極７内に冷却水通路９を設けることで、放電空隙６を冷却している。また、高圧電極３を冷却するため、高圧電極３の内部に高圧電極冷却ユニット２を設け、高圧電極３で発生した熱を冷却ユニット２内を流れる冷却水で冷却している。このように高圧電極３と低圧電極７を同時に冷却することで、放電空隙６のガス温度を低く保つことができる。
【００６２】
また、高圧電極３の内部に設けられた高圧電極冷却ユニット２は、熱伝導性が高く電気絶縁性が大きいフローチューブ２ｂを有しており、電気的絶縁が確保されている。このように構成したので、高圧電極冷却ユニット２に流す冷却水の電気伝導率を小さくする必要は無く、一般の水道水程度でよい。そのため、低圧電極７を冷却する冷却水と共通の冷却水にできる利点も生じる。
【００６３】
このようなことから、本実施の形態においては、放電空隙６の冷却効率を向上させ、また放電空隙６の温度を良好に下げることができる。これにより、オゾン発生効率を低下させずに電力密度を上げることができ、電極モジュール数の減少が可能となり装置の小型化及び低価格化を図ることができる。さらに、高圧電極３を高圧電極冷却ユニット２で冷却するため、冷却水として電気伝導率の小さいイオン交換水等を使用せずに済み、一般の水道水程度の冷却水を用いることができる。そのため、電気伝導度の監視装置やイオン交換水の循環設備等が不要となり、装置構成点数の削減による低価格化や、維持費用の低減を図ることができる。
【００６４】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。図４は図３のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。図５は図３のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。低圧電極７は、図４及び図５において示されるように上側低圧電極７ａと下側低圧電極７ｂの２枚の金属電極から構成されている。２枚の電極７ａ，７ｂの片側主面にはあらかじめエッチングもしくは機械加工によって深さ数ｍｍの溝が形刻されている。そして、この溝を向き合うようにして２枚の電極７ａ，７ｂを貼り合わせて低圧電極７が作製されている。向き合わされた溝は、低圧電極７の内部にオゾンガス通路８及び冷却水通路９を形成する。
【００６５】
また、低圧電極７の片側端部（図３の左側）のオゾンガス・冷却水取出し部９００には、積層方向に延びるオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成されている。ここで冷却水通路９は、冷却水入口９ａと冷却水出口９ｂとに分かれている。冷却水入口９ａ及び冷却水出口９ｂに連通する冷却水通路９は図３に点線で示されるように低圧電極７の内部においてほぼ全体にわたって形成されている。すなわち、概略円形の低圧電極放電部７００に中央から外周部まで同心円状に複数形成されている。尚、隣り合う同心円状の冷却水通路９は、幅の細いリブにて仕切られている。一方、低圧電極７の内部に形成されるオゾンガス通路８は、片側端部の積層方向に延びる通路から中央部に延び、中央部で両主面に形成された開口に連通している。
【００６６】
低圧電極７の片側端部に設けられた積層方向に延びるオゾンガス通路８及び冷却水通路９は、マニホールドブロック２３に設けられたオゾンガス通路及び冷却水通路とつながり、最終的に基台２４に設けられたオゾンガス出口１１及び冷却水出入口１２につながっている。
【００６７】
２枚の電極７ａ，７ｂのオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成されるための溝が形成された面に対して反対側の面には、放電空隙６を形成するための丸形の凸部が同じくエッチングもしくは機械加工によって主面全体に複数形成されている。上述のオゾンガス通路８は、この放電空隙６が形成される面に形成された開口に連通している。
【００６８】
発生したオゾンガスは、低圧電極７の中央部から低圧電極７内に設けられたオゾンガス通路８を通って低圧電極７の片側端部のオゾンガス・冷却水取出し部９００に設けられた積層方向に延びるオゾンガス通路８に至る。一方、低圧電極７内の全体に流れる冷却水は、オゾンガス・冷却水取出し部９００の冷却水入口穴９ａから低圧電極７に入り、低圧電極放電部７００の全面を冷却し、オゾンガス・冷却水取出し部９００の冷却水出口穴９ｂへ抜ける。
【００６９】
低圧電極７の端部に設けられたオゾンガス・冷却水取出し部９００でのオゾンガス出口の集合及び冷却水の出入口の集合構造は、低圧電極７に隣接して設けられたマニホールドブロック２３と協同して基台２４に設けられたオゾンガス出口１１及び冷却水出入口１２につながる。このように本実施の形態においては、低圧電極７及びマニホールドブロック２３内に通路を形成することにより、集合継手、配管部材を無くし、これら継手、配管部材によるスペースを削減することによりコンパクトで簡素化したオゾン発生器を実現している。
【００７０】
このようなことから、本実施の形態においては、低圧電極７をエッチングもしくは機械加工によって数ｍｍ以内で凹凸加工した少なくとも２枚以上の金属板を貼り合わせることで気密流通空間を構成し、オゾンガス通路８及び冷却水通路９とを気密分離させて形成したので、低圧電極７の厚みを薄くすることができ、装置の小型化が行える。また、冷却水及びオゾンガス取出し用配管が不要となるため、組立て、分解が簡単に行え、安価なオゾン発生器を提供することができる。
【００７１】
尚、本実施の形態においては、２枚の電極７ａ，７ｂが接合されて低圧電極７が作製されているが、３枚以上の電極が接合されて内部にオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成されるようにしても良い。
【００７２】
また、本実施の形態においては、低圧電極７と誘電体５との間に放電空隙６を設け、低圧電極７内にオゾンガス通路８を形成しているが、高圧電極３と誘電体５との間に放電空隙を設け、高圧電極３内にオゾンガス通路を形成しても良い。
【００７３】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３のオゾン発生器を示す高圧電極冷却ユニット２の説明図である。高圧電極３は、正方形の板状を成し、上下の両主面に正方形の１辺と同じ長さの直径を有する凸部が形成されている。そして、高圧電極３には、主面と平行な面内に５本の平行な貫通穴がくりぬかれている。これらの貫通穴には、各々、例えばガラス或いはセラミック等の高熱伝導率、高電気絶縁性の材料で作製されたフローチューブ２ｂが挿入されている。また、フローチューブ２ｂと貫通穴との間には、高熱伝導率の熱伝導性接着剤２ａが充填され、フローチューブ２ｂを貫通穴に固定している。
【００７４】
各々のフローチューブ２ｂの端部を接続するように冷却水マニホールド２ｄが設けられている。冷却水マニホールド２ｄは、概略細長状をなし高圧電極３の対向する２辺に沿って延びている。冷却水マニホールド２ｄの内部には、軸芯に沿ってマニホールドが形成されている。マニホールドの片側端は閉塞されている。片方の冷却水マニホールド２ｄにおいて、マニホールドの端部には、冷却水入口２ｅが設けられている。他方の冷却水マニホールド２ｄにおいて、マニホールドの端部には、冷却水出口２ｆが設けられている。冷却水マニホールド２ｄ内に形成されたマニホールドは、各々のフローチューブ２ｂに連通している。
【００７５】
次に動作を説明する。放電による発熱は高圧電極３の両面から発生する。その熱は、熱伝導の良い材料で作製されている高圧電極３の内部に伝わりフローチューブ２ｂ内の冷却水通路２ｃを流れる冷却水に吸収される。これにより高圧電極３の温度が低く保たれる。フローチューブ２ｂの両端は、冷却水マニホールド２ｄにて集結されており、このマニホールドを通して冷却水が出入りされる。
【００７６】
冷却水マニホールド２ｄの設けられた冷却水入口２ｅから入った冷却水は、冷却水マニホールドで分流され、それぞれのフローチューブ２ｂで熱を吸収し、冷却水出口２ｆから出る。高圧電位は、フローチューブ２ｂにより電気的に絶縁されているため、冷却水からの漏電は無く、冷却水に高電気抵抗水（例えばイオン交換水）を使う必要はない。低圧電極７を冷却している水道水と同じものを使用しても良い。このような構成により、高圧電極３を直接冷却することで、構造がシンプルでしかもエネルギー効率良く冷却することができ、高性能なオゾン発生器とすることができる。
【００７７】
このようなことから、本実施の形態においては、高圧電極３の内部に高圧電極冷却ユニット２を設け、熱伝導率の高く、電気絶縁性にすぐれたフローチューブ２ｂで電気的に絶縁し、更に高圧電極３とフローチューブ２ｂとの隙間に熱抵抗を押さえるため、熱の伝わりが良い、伝導性接着剤２ａを隙間に埋めることで熱伝導を良くするように構成したので、冷却水に電気伝導率の小さいイオン交換水等が不要となり、一般の水道水程度の冷却水を用いることができ、電気伝導度の監視装置やイオン交換水の循環設備等が不要となり、装置構成点数の削減による低価格化、維持費用の低減が図ることができる。
また、フローチューブ２ｂは、高圧電極３の主面と平行に複数本が並設されている。そのため、平板状の高圧電極３を効率良く冷却することができる。
【００７８】
実施の形態４．
本実施の形態は金属板の接合方法に関する。２枚の金属板の接合に関し一般的な方法としては、接合剤としてロー剤を用いたロー付け方式がある。ところが、オゾンガス通路８はオゾンが流通するため、オゾンガスによるロー剤との酸化反応が起こり、オゾンガスの分解、酸化物の生成等、オゾン発生器にとって良くない現象が発生する。そこで、本実施の形態においては、この一般的なロー付け方式を用いない。
【００７９】
すなわち、実施の形態２の２枚の電極７ａ，７ｂの接合において、この一般的なロー付け方式を用いない。本実施の形態においては、２枚の金属板の接合に関し、加熱・加圧式接合方法を用いる。この方法は、２枚の金属板を加熱しながら積層方向に大きな圧力をもって押し付けて、接触面で両金属を融合させて接合するものである。金属はその金属特有の溶融点で溶融する。そのため、接合材質で決まる所定の加熱と所定の加圧により金属を接合することができる。この方法は、ロー剤はもとより他の接合剤も全く使用しない。そのため、オゾンによる酸化反応物が生成されずクリーンなオゾンを生成することができる。
【００８０】
このようなことから、本実施の形態においては、２枚以上の金属板を貼り合わせる方法に関し、接合剤を使用せず加熱と加圧のみで接合させる方法を用いたので、オゾンによる接合剤の腐食が生じず寿命が長く信頼性の高いオゾン発生器とすることができる。
【００８１】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の詳細断面図である。本実施の形態においては、低圧電極７の放電空隙６に対向する放電面全体が無機材でなる誘電体膜１３にて覆われている。この誘電体膜１３は、放電空隙６に面している。この誘電体膜１３の厚さは、金属イオンが充分阻止できる厚みとしている。
【００８２】
このような構成のオゾン発生器においては、無声放電が発生する放電空隙６が両面ともに無機材で囲まれることとなり、この空隙に酸素ガスを通すことにより、金属コンタミネーションのないクリーンなオゾンを発生することができる。
【００８３】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。図９は図８のＥ−Ｅ線に沿う矢視断面図である。図１０は図８のＦ−Ｆ線に沿う矢視断面図である。本実施の形態においては、低圧電極７の放電空隙６に対向する放電面全体がセラミック誘電体膜１３ａにて覆われている。このセラミック誘電体膜１３ａは、放電空隙６に面している。セラミック誘電体膜１３ａ上には、放電空隙６を形成するために小型円板状の複数のセラミック誘電体放電空隙用スペーサ１３ａ１が配置されている。
【００８４】
このような構成のオゾン発生器においては、酸素ガスは、低圧電極７の外周部より放電空隙６内に流入し、セラミック誘電体放電空隙用スペーサ１３ａ１間を通りながら無声放電によりオゾンを生成し、低圧電極７の中心に形成されたオゾンガス通路８より、低圧電極７の内部を通り外部に流出する。このとき、放電空隙６は両面ともに無機材で囲まれさらにスペーサも無機材であるので、さらに金属コンタミネーションのないクリーンなオゾンを発生することができる。
【００８５】
尚、セラミック誘電体膜１３ａは、溶射方式により形成され、数μｍの厚さに膜厚制御される。さらにこの溶射方式では、セラミック誘電体放電空隙用スペーサ１３ａ１も同時に形成することができる。
【００８６】
実施の形態７.
図１１はこの発明の実施の形態７のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。図１２は図１１のＧ−Ｇ線に沿う矢視断面図である。図１３は図１１のＨ−Ｈ線に沿う矢視断面図である。本実施の形態においては、低圧電極７の放電空隙６に対向する放電面全体がガラス誘電体膜１３ｂにて覆われている。このガラス誘電体膜１３ｂは、放電空隙６に面している。ガラス誘電体膜１３ｂ上には、放電空隙６を形成するために小型円板状の複数のガラス誘電体放電空隙用スペーサ１３ｂ１が配置されている。
【００８７】
このような構成のオゾン発生器においては、酸素ガスは、低圧電極７の外周部より放電空隙６内に流入し、ガラス誘電体放電空隙用スペーサ１３ｂ１間を通りながら無声放電によりオゾンを生成し、低圧電極７の中心に形成されたオゾンガス通路８より、低圧電極７の内部を通り外部に流出する。このとき、放電空隙６は両面ともに無機材で囲まれさらにスペーサも無機材であるので、さらに金属コンタミネーションのないクリーンなオゾンを発生することができる。
【００８８】
尚、ガラス誘電体膜１３ｂの作製においては、まず石英材質のガラス板をマスクを利用してショトブラスト処理し凸型のガラス誘電体放電空隙用スペーサ１３ｂ１を形成する。その後このガラス誘電体膜１３ｂを接着剤１３ｂ２にて低圧電極７に貼る。
【００８９】
実施の形態８．
図１４はこの発明の実施の形態８のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の詳細断面図である。本実施の形態においては、誘電体５の高圧電極３側の主面が全面にわたって導電膜１４にて覆われている。
【００９０】
導電膜１４を設けていない無い場合、高圧電極３面と誘電体５面を接着等を用いることなく互いに機械的圧力のみで圧着すると、高圧電極３面と誘電体５面を密着良く接触できない。そして、接触面の一部で空隙ができ、この空隙で不正放電（局部放電）が生じてしまう。この不正放電は、誘電体５を破損したり、オゾン発生効率の低下をしたり、クリーンオゾンの発生を妨害したりするので問題であった。
【００９１】
本実施の形態においては、誘電体５の表面に導電膜１４を塗布することで、たとえ完全に密着良く接合できなくとも、誘電体５の導電膜１４と高圧電極３は同電位になるため、接触面の一部に空隙が形成されていても不正放電（局部放電）を防止でき、金属コンタミネーションの発生を阻止することができる。
【００９２】
実施の形態９．
図１５はこの発明の実施の形態９のオゾン発生器を示す高圧電極３と誘電体５の側面図である。本実施の形態においては、高圧電極３と誘電体５との間が隙間無く導電性接着剤にて接合されている。このような構成においても、高圧電極３と誘電体５との密着性を高めることができ、不正放電を防止でき、金属コンタミネーションの発生を阻止することができる。さらには、位置決め等の調整が不要になり、組立が容易になる。
【００９３】
実施の形態１０．
図１６はこの発明の実施の形態１０のオゾン発生器を示す誘電体５を上から見た場合と横から見た場合の図である。本実施の形態は、導電膜１４のエッジ部における金属コンタミネーションを押える構造を有するものである。導電膜１４は高電圧の電位が印加され、そのエッジ部で不正コロナ放電が発生する。この不正コロナ放電の発生は金属コンタミネーションの発生要因となる。本実施の形態においては、導電膜１４の外周部の段差を形成している部分に全周にわたって、絶縁保護膜１６を被覆している。エッジ部で発生する不正コロナ放電を防止することができ、金属コンタミネーションの発生を防止することができる。
その他の構成は実施の形態８と同様である。
【００９４】
実施の形態１１．
図１７はこの発明の実施の形態１１のオゾン発生器を示す高圧電極３と誘電体５の側面図である。本実施の形態においては、導電性接着剤１５の外周部の段差を形成している部分に全周にわたって、絶縁保護膜１６を被覆している。そのため、導電性接着剤１５のエッジ部で不正コロナ放電が発生することを防止することができ、金属コンタミネーションの発生を防止することができる。
その他の構成は実施の形態９と同様である。
【００９５】
実施の形態１２．
本実施の形態においては、高圧電極３の外径が、誘電体５の外径及び誘電体５の表面に設けられた導電膜１４の外径より小さくされている。その他の構成は実施の形態８と同様である。
【００９６】
高圧電極３の外径を、誘電体５や導電膜１４の外径より小さくすることで、不正コロナ放電を無くし金属コンタミネーションを防ぐことができる。導電膜１４の外径が高圧電極３より小さい場合、高圧電極３と誘電体５との間で放電を起こし、金属コンタミネーションの発生の要因となる。
【００９７】
実施の形態１３．
本実施の形態を図２を用いて説明する。図２において、オゾン発生器電極１０１は、平板状の低圧電極７と、低圧電極７の主面に対向する平板状の高圧電極３と、低圧電極７と高圧電極３との間に設けられた平板状の誘電体５及び積層方向に厚さの薄い放電空隙６を形成するための図示しないスペーサとを有する。
【００９８】
オゾン発生器電極１０１は、さらに高圧電極３の内部に高圧電極３と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニット２を有する。
【００９９】
そして、オゾン発生器電極１０１は、低圧電極７と高圧電極３との間に交流電圧を印加され、酸素ガスが注入された放電空隙６に放電を生じさせオゾンガスを発生させる。
【０１００】
オゾン発生器電極１０１は、また、低圧電極７に隣接して設けられ、低圧電極７に設けられた冷却水通路９につながる冷却水通路９、及び低圧電極７に設けられたオゾンガス通路８につながるオゾンガス通路８が形成されたマニホールドブロック２３を有する。
【０１０１】
放電空隙６でオゾン化酸素に変換されたオゾンガスは、低圧電極７の中心部より低圧電極７内のオゾンガス通路８を通り、低圧電極７の片側端部に導かれる。低圧電極７には、オゾンガス通路８以外に、オゾン発生効率を上げるため、冷却水通路９が設けられている。低圧電極７の片側端部には、冷却水を出し入れする積層方向に延びる冷却水出入口がオゾンガス通路と同様に設けられている。そして、上下に隣り合う２つの低圧電極７間にマニホールドブロック２３を挿入し、相互の低圧電極７に形成されたオゾンガス通路８及び冷却水通路９をこのマニホールドブロック２３で連通させる。このような構成とすることにより、オゾンガスの出口及び冷却水の出入口を１箇所に集結でき、小型・軽量で部品点数が少なく品質の高い装置とすることができる。
【０１０２】
実施の形態１４．
図１８はこの発明の実施の形態１４のオゾン発生器を示すマニホールドブロック２３の断面図である。マニホールドブロック２３は、積層方向に２つの部材、すなわち、上側マニホールドブロック２３ａと下側マニホールドブロック２３ｂとに分かれている。両者には、オゾンガス通路８及び冷却水通路９が積層方向に貫通して形成されている。これらのオゾンガス通路８及び冷却水通路９は、低圧電極７に設けられたオゾンガス通路８及び冷却水通路９に連通する。
【０１０３】
下側マニホールドブロック２３ｂには、オゾンガス通路８及び冷却水通路９を囲うようにして設けられた図の上方に向かって立設する円筒部が形成されている。一方、上側マニホールドブロック２３ａは、この円筒部が挿入される凹部を有している。この凹部の中央には、オゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成されている。この円筒部と凹部とは、積層方向に摺動可能な間隙をもってシリンダとピストンの関係のように係合している。そして、この円筒部と凹部との間には、気密性を保つためにＯリング２３ｃが配設されている。また、上側マニホールドブロック２３ａと下側マニホールドブロック２３ｂとの間には、積層方向に弾性を有するように皿ばね２３ｄが配設されている。本実施の形態のマニホールドブロック２３は、このような構造であるので、低圧電極７に設けられたオゾンガス通路８及び冷却水通路９に連通する積層方向に延びる通路を有するとともに、電極の積層方向に伸縮する。
【０１０４】
実施の形態１でも述べたように、オゾン発生効率を良くするには、放電空隙６の精度を上げる必要がある。そのため、放電空隙６形成用スペーサの高さ精度を上げ、更に電極全体を電極押え板２２と締め付けボルト２１で基台２４に締め付けることで放電空隙６の精度を向上させている。しかしながら、低圧電極７はマニホールドブロック２３に隣接して設けられており、マニホールドブロック２３との結合力が強いと電極締め付けに悪影響が働き、放電空隙６の精度が保てなくなる恐れがある。
【０１０５】
すなわち、例えば実施の形態２に図２において、図２の右側には、高圧電極３及び低圧電極７を始め多くの部材が積層されて締め付けボルト２１で基台２４に締め付けられている。そして、この積層物の中に放電空隙６形成用スペーサによって放電空隙６が形成されている。一方、この積層物においては、多くの部材が積層されているために各々の部材の寸法誤差が積算されて縦方向に或る程度の誤差が発生してしまう。そして、低圧電極７は、例えばステンレス等で作製された剛体である。そのため、低圧電極７間に挟まれるブロックを如何に精度良く作製しても、積層物の縦方向の誤差のために、低圧電極７はゆがんでしまう。このゆがみが生じると、放電空隙６を精度良く形成することができない。これに対して、本実施の形態のマニホールドブロック２３は、電極の積層方向に弾性を有するための構造を有する。そのため、積層物の縦方向の誤差を吸収することができ、放電空隙６を精度良く形成することができる。
【０１０６】
このようなことから本実施の形態においては、それぞれの電極に設けられた冷却水通路９を相互につなげる冷却水通路９、或いはオゾンガス通路８につながるオゾンガス通路８が形成されたマニホールドブロック２３を設けたので、冷却水用の配管を設けるスペースやオゾンガスを取出すための配管を設けるスペースを削減でき、装置の小型化、軽量化、及び部品点数の削減、装置の品質向上を図ることができる。
【０１０７】
また、マニホールドブロック２３は、電極の積層方向に弾性機能を有する弾性構造を有する。そのため、マニホールドブロック２３の締め付けによる放電空隙の空隙長への悪影響を無くすことができ、放電空隙の精度を向上させることができる。
【０１０８】
実施の形態１５．
図１９はこの発明の実施の形態１５のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。図２０は図１９のＩ−Ｉ線に沿う矢視断面図である。本実施の形態は、放電空隙６を形成する放電空隙用スペーサ７ｃの配置に関するものである。２枚の電極７ａ，７ｂの片側主面にはあらかじめにはエッチングもしくは機械加工によって深さ数ｍｍの溝が形刻されている。そして、この溝が向き合わされてオゾンガス通路８及び冷却水通路９が形成されている。隣り合う溝と溝の間には、通路を隔てるリブ７ｄが設けられている。そして、本実施の形態の放電空隙用スペーサ７ｃは、リブ７ｄと対向する位置に配置されている。すなわち、放電空隙用スペーサ７ｃは、低圧電極７の放電空隙６に対向する面において、リブ７ｄを積層方向に透過した位置上に配置されている。
【０１０９】
低圧電極７の内部には、全面にわたって冷却水通路９が形成されている。そして、この冷却水通路９の面積を少しでも大きくするために、通路を隔てるリブ７ｄは厚さが出来るだけ薄くされている。一方、放電空隙６を形成する放電空隙用スペーサ７ｃは、放電空隙６を大きくするために、直径が出来るだけ小さい方が望ましい。低圧電極７はステンレス等で作製され全体として薄い剛体をなしているが、積層方向に力が加わった場合、リブ７ｄのある部分は変形に対して強いが、リブ７ｄのない場所は変形に対して弱い。すなわち、へこんでしまう。本実施の形態の放電空隙用スペーサ７ｃはリブ７ｄと対向する位置に配置されているので、これにより、低圧電極７が変形することすることはほとんどない。結果として、放電空隙６の変形が抑制され、精度の高い放電空隙６を形成することができる。
【０１１０】
このようなことから本実施の形態においては、スペーサ７ｃは、低圧電極７の冷却水通路９を形成するリブ７ｄに対向する位置に配置されている。そのため、低圧電極７が変形することがなくなり、電極締め付けによる放電空隙６への悪影響をなくすことができ、オゾン発生効率を高めることができる。
【０１１１】
実施の形態１６．
図２１はこの発明の実施の形態１６のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の詳細断面図である。本実施の形態においては、低圧電極７へ誘電体膜１３を被覆する実施の形態５の構成、誘電体５の片面を導電膜１４にて被覆する実施の形態８の構成、及び、低圧電極７をマニホールドブロック２３で挟み込む実施の形態１３の構成をすべて有している。
【０１１２】
そのため、金属コンタミネーションを生じないクリーンなオゾンを生成する放電空隙６を形成することができるとともに、放電空隙６の冷却性を向上させることができる。
【０１１３】
実施の形態１７．
本実施の形態を図１と図２を用いて説明する。本実施の形態のオゾン発生器電極１０１は、図２に示される、平板状の低圧電極７と、低圧電極７の主面に対向する平板状の高圧電極３と、低圧電極７と高圧電極３との間に設けられた平板状の誘電体５及び積層方向に厚さの薄い放電空隙６を形成するための図示しないスペーサと、高圧電極３の内部に高圧電極３と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニット２とを有する電極モジュール１０２が、図１中、Ｎ−１、Ｎ−２、Ｎ−３、Ｎ−４で示されるように全部で４個積層されている。
【０１１４】
このように本実施の形態においては、電極モジュール１０２が、複数個積層されているので、容量を増大させるとともにコンパクトな装置とすることができる。
尚、本実施の形態においては、電極モジュール１０２が４個積層されているが、４個に限らず複数個積層されていれば同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
実施の形態１８．
図２２はこの発明の実施の形態１８のオゾン発生器を示す誘電体５を上から見た場合の図である。低圧電極７と高圧電極３との間に誘電体５を介して放電を起こさせオゾンを生成する。一方、低圧電極７内には、中央部から低圧電極７の片側端部に延びるオゾンガス通路８が形成されている。低圧電極７の他の部分は、冷却水が巡らされて冷却されるが、オゾンガス通路８の部分には冷却水が巡らされず良好に冷却されない。そのため、このオゾンガス通路８の部分では温度が上昇してしまう。そして、この部分で生成されたオゾンは、この温度上昇により分解されてしまう。
【０１１６】
本実施の形態においては、放電を起こさない領域と放電を起こす領域とを区分できる特殊導電膜１４ａを用いている。特殊導電膜１４ａは、オゾンガス通路８に対向する部分を除いて誘電体５の全面に設けられている。すなわち、本実施の形態においては、オゾンガス通路８上のみ導電膜を施さず、非放電領域とすることで、オゾンガスの上昇を抑えオゾン分解を起こさない構造としている。
【０１１７】
このようなことから本実施の形態においては、導電膜１４ａは、低圧電極７に形成されたオゾンガス通路８に対向する位置以外の部分に設けられている。そのため、導電膜が低圧電極７のオゾンガス通路８上に存在しないこととなり、オゾンガス通路８上で放電による発熱が起こらないため、生成されたオゾンガスの分解が無い、効率のよい装置にすることができる。
【０１１８】
実施の形態１９．
図２３はこの発明の実施の形態１９のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。図２４は図２３のＪ−Ｊ線に沿う矢視断面図である。本実施の形態は、放電空隙６を形成する放電空隙用スペーサの配置に関するものである。低圧電極７と高圧電極３との間に誘電体５を介して放電を起こさせオゾンを生成する。一方、低圧電極７内には、中央部から低圧電極７の片側端部に延びるオゾンガス通路８が形成されている。低圧電極７の他の部分は、冷却水が巡らされて冷却されるが、オゾンガス通路８の部分には冷却水が巡らされず良好に冷却されない。そのため、このオゾンガス通路８の部分では温度が上昇してしまう。そして、この部分で生成されたオゾンは、この温度上昇により分解されてしまう。
【０１１９】
本実施の形態においては、オゾンガス通路８に対向する部分で放電が行われないように、オゾンガス通路８に対向する部分を全体に覆うセラミック誘電体非放電用スペーサ１３ａ２を設けた。その他の放電を行う部分には、実施の形態６と同様なセラミック誘電体放電空隙形成用スペーサ１３ａ１が設けられている。本実施の形態においては、オゾンガス通路８上で放電が行われないように、オゾンガス通路８に対向する部分を全体に覆うセラミック誘電体非放電用スペーサ１３ａ２を設け、非放電領域とすることで、オゾンガス上昇を抑えオゾン分解を起こさない構造としている。
【０１２０】
すなわち、本実施の形態においては、スペーサが、低圧電極７に形成されたオゾンガス通路８に対向する位置以外の部分に設けられ放電空隙６を形成する放電空隙形成用スペーサ１３ａ１と、低圧電極７に形成されたオゾンガス通路８の対向する位置に設けられ放電空隙６の所定の空間をなくす非放電用スペーサ１３ａ２とからなる。そのため、オゾンガス通路８上で放電による発熱が起こらないため、生成されたオゾンガスの分解が無い、効率のよい装置にすることができる。
【０１２１】
【発明の効果】
この発明に係るオゾン発生器においては、平板状の低圧電極と、低圧電極の主面に対向する平板状の高圧電極と、低圧電極と高圧電極との間に設けられた平板状の誘電体及び積層方向に厚さの薄い放電空隙を形成するためのスペーサと、高圧電極の内部に高圧電極と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニットとを備え、低圧電極と高圧電極との間に交流電圧を印加され、酸素ガスが注入された放電空隙に放電を生じさせオゾンガスを発生させる。そのため、放電空隙の冷却効率を向上させ、また放電空隙の温度を良好に下げることができる。これにより、オゾン発生効率を低下させずに電力密度を上げることができ、電極モジュール数の減少が可能となり装置の小型化及び低価格化を図ることができる。さらに、高圧電極を高圧電極冷却ユニットで冷却するため、冷却水として電気伝導率の小さいイオン交換水等を使用せずに済み、一般の水道水程度の冷却水を用いることができる。そのため、電気伝導度の監視装置やイオン交換水の循環設備等が不要となり、装置構成点数の削減による低価格化や、維持費用の低減を図ることができる。
【０１２２】
また、高圧電極冷却ユニットは、高圧電極に貫通してくりぬかれた貫通穴に挿入された高熱伝導率、高電気絶縁性のフローチューブと、フローチューブと貫通穴との間に充填されフローチューブを貫通穴に固定する高熱伝導率の熱伝導性接着剤とを有する。そのため、冷却水として電気伝導率の小さいイオン交換水等を使用せずに済み、一般の水道水程度の冷却水を用いることができる。そのため、電気伝導度の監視装置やイオン交換水の循環設備等が不要となり、装置構成点数の削減による低価格化や、維持費用の低減を図ることができる。
【０１２３】
また、フローチューブは、高圧電極の主面と平行に複数本が並設されている。そのため、平板状の高圧電極を効率良く冷却することができる。
【０１２４】
また、低圧電極は、主面に溝が形成された２枚以上の金属製の平板が溝を向き合うようにして貼り合わせて作製されることにより内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成されている。そのため、低圧電極の厚みを薄くすることができ、装置の小型化が行える。また、冷却水及びオゾンガス取出し用配管が不要となるため、組立て、分解が簡単に行え、安価なオゾン発生器を提供することができる。
【０１２５】
また、金属製の平板は、加熱と加圧のみで貼り合わせられている。そのため、オゾンによる接合剤の腐食が生じることがなく、寿命が長く信頼性の高いオゾン発生器とすることができる。
【０１２６】
また、低圧電極の放電空隙に対向する主面が、無機物でなる誘電体膜で被われている。そのため、放電空隙が全て無機物で挟まれる構成となり、放電による金属スパッタによる金属コンタミネーションが抑えられ、クリーンなオゾンガスを発生するオゾン発生器を提供することができる。
【０１２７】
また、誘電体膜は、セラミック材で作製されている。そのため、溶射方式により容易に誘電体膜を形成することができ、また数μｍの厚さに膜厚制御することができる。さらにこの溶射方式では、セラミック誘電体放電空隙用スペーサも同時に形成することができる。
【０１２８】
また、誘電体膜は、ガラス材で作製されている。そのため、石英材質のガラス板を接着剤にて低圧電極に貼ることで容易に誘電体膜を形成することができる。また、このガラス板を低圧電極に貼る前に、マスクを利用してショトブラスト処理することにより凸型のガラス誘電体放電空隙用スペーサを容易に形成することができる。
【０１２９】
また、誘電体の高圧電極に対向する主面が、導電性を有する導電膜で被われ、導電膜が高圧電極に接触している。そのため、誘電体の片面を導電膜で被い、この導電膜で被った面と高圧電極とを密着させる構造とすれば、高圧電極と誘電体との間に隙間が存在しても、高圧電極の電位が導電膜と同じ電位になり、局所放電を無くすことができ、金属コンタミネーションの発生を防止することができる。また、高圧電極と誘電体を簡易な圧接のみで接合することができるため、容易に組立・分解ができ、部品の再生もできる効果を有する。
【０１３０】
また、誘電体と高圧電極は、導電性接着剤で貼り合わせられている。そのため、誘電体と高圧電極との間の隙間を無くし局部放電を防止することができ、金属コンタミネーションの発生を防止することができる。
【０１３１】
また、導電膜の外周エッジ部が、無機物でなる絶縁保護膜で被覆されている。そのため、導電膜の外周エッジ部で生じる不正コロナ放電を抑制することができ、金属コンタミネーションの発生を防止することができる。
【０１３２】
また、導電性接着剤の外周エッジ部が、無機物でなる絶縁保護膜で被覆されている。そのため、導電性接着剤の外周エッジ部で生じる不正コロナ放電を抑制することができ、金属コンタミネーションの発生を防止することができる。
【０１３３】
また、高圧電極の外径は、誘電体の外径よりも小さい。そのため、不正コロナ放電を無くし金属コンタミネーションの発生を防ぐことができる。また、誘電体の損傷を抑制することができ、誘電体の寿命が長い信頼性の高いオゾン発生器を提供することができる。
【０１３４】
また、高圧電極の外径は、誘電体を被う導電膜の外径よりも小さい。そのため、不正コロナ放電をさらに無くし金属コンタミネーションの発生を防ぐことができる。また、誘電体の損傷をさらに抑制することができ、誘電体の寿命が長い信頼性の高いオゾン発生器を提供することができる。
【０１３５】
また、低圧電極に隣接して設けられ、低圧電極に設けられた冷却水通路につながる冷却水通路、或いは低圧電極に設けられたオゾンガス通路につながるオゾンガス通路が形成されたマニホールドブロックを備えている。そのため、冷却水用の配管を設けるスペースやオゾンガスを取出すための配管を設けるスペースを削減でき、装置の小型化、軽量化、及び部品点数の削減、装置の品質向上を図ることができる。
【０１３６】
また、マニホールドブロックは、低圧電極、高圧電極の積層方向に弾性機能を有する弾性構造を有する。そのため、マニホールドブロックの締め付けによる放電空隙の空隙長への悪影響を無くすことができ、放電空隙の精度を向上させることができる。
【０１３７】
また、スペーサは、低圧電極の冷却水通路を形成するリブに対向する位置に配置されている。そのため、低圧電極が変形することすることがなくなり、結果として、放電空隙の変形が抑制され、精度の高い放電空隙を形成することができる。
【０１３８】
また、この発明に係るオゾン発生器においては、平板状の低圧電極と、低圧電極の主面に対向する平板状の高圧電極と、低圧電極と高圧電極との間に設けられた平板状の誘電体及び積層方向に厚さの薄い放電空隙を形成するためのスペーサと、高圧電極の内部に高圧電極と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニットと、低圧電極に隣接して設けられ、低圧電極に設けられた冷却水通路につながる冷却水通路、或いは低圧電極に設けられたオゾンガス通路につながるオゾンガス通路が形成されたマニホールドブロックとを備え、低圧電極の放電空隙に対向する主面が、無機物でなる誘電体膜で被われ、誘電体の高圧電極に対向する主面が、導電性を有する導電膜で被われ、導電膜が高圧電極に接触している。そのため、金属コンタミネーションを生じないクリーンなオゾンを生成する放電空隙を形成することができるとともに、放電空隙の冷却性を向上させることができる。
【０１３９】
また、低圧電極、高圧電極、誘電体、スペーサ、及び高圧電極冷却ユニットを有する電極モジュールが、複数個積層されている。そのため、装置の容量を電極モジュールの積層数により変化させることができ、容易に容量の増大を図ることができ、一方、容量を増大してもコンパクトな装置とすることができる。
【０１４０】
また、導電膜は、低圧電極に形成されたオゾンガス通路に対向する位置以外の部分に設けられている。そのため、導電膜が低圧電極のオゾンガス通路上に存在しないこととなり、オゾンガス通路上で放電による発熱が起こらないため、生成されたオゾンガスの分解が無い、効率のよい装置にすることができる。
【０１４１】
また、スペーサは、低圧電極に形成されたオゾンガス通路に対向する位置以外の部分に設けられ放電空隙を形成する放電空隙形成用スペーサと、低圧電極に形成されたオゾンガス通路の対向する位置に設けられ放電空隙の所定の空間をなくす非放電用スペーサとからなる。そのため、オゾンガス通路上で放電による発熱が起こらないため、生成されたオゾンガスの分解が無い、効率のよい装置にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のオゾン発生器を説明する模式的な説明図である。
【図２】 この発明の実施の形態１のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の模式的な詳細断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態２のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。
【図４】 図３のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。
【図５】 図３のＢ−Ｂ線に沿う矢視断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態３のオゾン発生器を示す高圧電極冷却ユニット２の説明図である。
【図７】 この発明の実施の形態５のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の詳細断面図である。
【図８】 この発明の実施の形態６のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。
【図９】 図８のＥ−Ｅ線に沿う矢視断面図である。
【図１０】 図８のＦ−Ｆ線に沿う矢視断面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態７のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。
【図１２】 図１１のＧ−Ｇ線に沿う矢視断面図である。
【図１３】 図１１のＨ−Ｈ線に沿う矢視断面図である。
【図１４】 この発明の実施の形態８のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の詳細断面図である。
【図１５】 この発明の実施の形態９のオゾン発生器を示す高圧電極３と誘電体５の側面図である。
【図１６】 この発明の実施の形態１０のオゾン発生器を示す誘電体５を上から見た場合と横から見た場合の図である。
【図１７】 この発明の実施の形態１１のオゾン発生器を示す高圧電極３と誘電体５の側面図である。
【図１８】 この発明の実施の形態１４のオゾン発生器を示すマニホールドブロック２３の断面図である。
【図１９】 この発明の実施の形態１５のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。
【図２０】 図１９のＩ−Ｉ線に沿う矢視断面図である。
【図２１】 この発明の実施の形態１６のオゾン発生器を示すオゾン発生器電極の詳細断面図である。
【図２２】 この発明の実施の形態１８のオゾン発生器を示す誘電体５を上から見た場合の図である。
【図２３】 この発明の実施の形態１９のオゾン発生器を示す低圧電極７の上面図である。
【図２４】 図２３のＪ−Ｊ線に沿う矢視断面図である。
【図２５】 従来のオゾン発生器の断面図である。
【符号の説明】
２ 高圧電極冷却ユニット、２ａ 伝導性接着剤、２ｂ フローチューブ、２ｃ 冷却水通路、２ｄ 冷却水マニホールド、３ 高圧電極、５ 誘電体、６ 放電空隙、７ 低圧電極、８ オゾンガス通路、９ 冷却水通路、１１ オゾンガス出口、１２ 冷却水出入口、１３ 誘電体膜、１３ａ セラミック誘電体膜、１３ａ１ セラミック誘電体放電空隙形成用スペーサ、１３ａ２ セラミック誘電体非放電用スペーサ、１３ｂ ガラス誘電体膜、１３ｂ１ ガラス誘電体放電空隙用スペーサ、１３ｂ２ 接着剤、１４ 導電膜、１５ 導電性接着剤、１６ 絶縁保護膜、２３ マニホールドブロック、２３ａ 上側マニホールドブロック、２３ｂ 下側マニホールドブロック、２３ｃ Ｏリング、２３ｄ 皿バネ、１００ オゾン発生器、１０１ オゾン発生器電極、１０２ 電極モジュール。
Claims (21)
- 電極モジュールが複数個積層されて構成され、各電極モジュールが、
内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成された平板状の低圧電極と、
上記低圧電極の主面に対向する平板状の高圧電極と、
上記低圧電極と上記高圧電極との間および上記高圧電極と隣接する上記電極モジュールの低圧電極との間に設けられた平板状の誘電体及び積層方向に厚さの薄い放電空隙を形成するためのスペーサと、
上記高圧電極の内部に該高圧電極と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニットと、
を含み、上記低圧電極と上記高圧電極との間に交流電圧を印加され、酸素ガスを含む原料ガスが注入された上記放電空隙に放電を生じさせオゾンガスを発生させ、
最端の上記電極モジュールの端にある上記スペーサの上記高圧電極と反対側の内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成された平板状の低圧電極が設けられ、
さらに上記各電極モジュールの片側に、隣接する上記低圧電極の主面間にこれらにそれぞれ接して設けられ、該低圧電極に設けられた冷却水通路につながる冷却水通路及び該低圧電極に設けられたオゾンガス通路につながるオゾンガス通路が形成されたマニホールドブロックと、
を備えたことを特徴とするオゾン発生器。 - 上記各電極モジュール及び各マニホールドブロックが上記酸素ガスを含む原料ガスが充満された発生器カバー内に収納され、上記酸素ガスを含む原料ガスが上記放電空隙へ周囲から侵入し発生したオゾンガスが上記低圧電極の中心部の孔から上記オゾンガス通路に導かれることを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生器。
- 上記各マニホールドブロックは、上記低圧電極及び上記高圧電極の積層方向に弾性機能を有する弾性構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン発生器。
- 上記各マニホールドブロックは、積層方向に２つの部材に分かれており、上記部材間に上記弾性構造が設けられ、上記部材間の上記冷却水通路及び上記オゾンガス通路はそれぞれ該通路が形成された円筒部とこれを受け入れる凹部およびこれらの間に気密性を保つために配設されたＯリングで接続されていることを特徴とする請求項３に記載のオゾン発生器。
- 上記低圧電極、高圧電極、誘電体、スペーサ、及び高圧電極冷却ユニットが積層された部分と、上記低圧電極及びマニホールドブロックが積層された部分とが別々の挟持機構で挟持固定され、上記低圧電極の上記双方の部分の間にくびれ部を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のオゾン発生器。
- 上記高圧電極冷却ユニットは、
上記高圧電極に貫通してくりぬかれた貫通穴に挿入された高熱伝導率、高電気絶縁性のフローチューブと、
上記フローチューブと上記貫通穴との間に充填され該フローチューブを該貫通穴に固定する高熱伝導率の熱伝導性接着剤と
を有する
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のオゾン発生器。 - 上記フローチューブは、上記高圧電極の主面と平行に複数本が並設されていることを特徴とする請求項６に記載のオゾン発生器。
- 上記低圧電極は、主面に溝が形成された２枚以上の金属製の平板が該溝を向き合うようにして貼り合わせて作製されることにより内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のオゾン発生器。
- 上記金属製の平板は、加熱と加圧のみで貼り合わせられていることを特徴とする請求項８に記載のオゾン発生器。
- 上記誘電体が上記高圧電極側に設けられ、上記低圧電極の上記放電空隙に対向する主面が、無機物でなる誘電体膜で被われていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のオゾン発生器。
- 上記誘電体膜は、セラミック材又はガラス材で作製されていることを特徴とする請求項１０に記載のオゾン発生器。
- 上記誘電体の上記高圧電極に対向する主面が、導電性を有する導電膜で被われ、該導電膜が該高圧電極に接触していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のオゾン発生器。
- 上記誘電体と上記高圧電極は、導電性接着剤で貼り合わせられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のオゾン発生器。
- 上記導電膜の外周エッジ部が、無機物でなる絶縁保護膜で被覆されていることを特徴とする請求項１２に記載のオゾン発生器。
- 上記導電性接着剤の外周エッジ部が、無機物でなる絶縁保護膜で被覆されていることを特徴とする請求項１３に記載のオゾン発生器。
- 上記高圧電極の外径は、上記誘電体の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のオゾン発生器。
- 上記高圧電極の外径は、上記誘電体を被う上記導電膜の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１２に記載のオゾン発生器。
- 上記スペーサは、上記低圧電極の上記冷却水通路を形成するリブに対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のオゾン発生器。
- 電極モジュールが複数個積層されて構成され、各電極モジュールが、
内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成された平板状の低圧電極と、
上記低圧電極の主面に対向する平板状の高圧電極と、
上記低圧電極と上記高圧電極との間および上記高圧電極と隣接する上記電極モジュールの低圧電極との間に設けられた平板状の誘電体及び積層方向に厚さの薄い放電空隙を形成するためのスペーサと、
上記高圧電極の内部に該高圧電極と絶縁された冷却水通路を形成する高圧電極冷却ユニットと、
を含み、上記低圧電極と上記高圧電極との間に交流電圧を印加され、酸素ガスを含む原料ガスが注入された上記放電空隙に放電を生じさせオゾンガスを発生させ、
最端の上記電極モジュールの端にある上記スペーサの上記高圧電極と反対側の内部にオゾンガス通路と冷却水通路が形成された平板状の低圧電極が設けられ、
さらに上記各電極モジュールの片側に、隣接する上記低圧電極の主面間にこれらにそれぞれ接して設けられ、該低圧電極に設けられた冷却水通路につながる冷却水通路及び該低圧電極に設けられたオゾンガス通路につながるオゾンガス通路が形成されたマニホールドブロックと、
を備え、
上記各低圧電極の上記放電空隙に対向する主面が、無機物でなる誘電体膜で被われ、
上記各誘電体の上記高圧電極に対向する主面が、導電性を有する導電膜で被われ、該導電膜が該高圧電極に接触していることを特徴とするオゾン発生器。 - 上記導電膜は、上記低圧電極に形成されたオゾンガス通路に対向する位置以外の部分に設けられていることを特徴とする請求項１２または１９に記載のオゾン発生器。
- 上記スペーサは、上記低圧電極に形成されたオゾンガス通路に対向する位置以外の部分に設けられ上記放電空隙を形成する放電空隙形成用スペーサと、上記低圧電極に形成されたオゾンガス通路の対向する位置に設けられ上記放電空隙の所定の空間をなくす非放電用スペーサとからなることを特徴とする請求項１または１９に記載のオゾン発生器。
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