JP6259346B2 - オゾン発生器 - Google Patents

Description

本発明は、電極間に原料ガスを通過させ、電極間に放電を発生させることで、オゾンを発生させるオゾン発生器に関する。

オゾン発生器は、放電発生装置により発生した放電を利用して生成された熱的非平衡プラズマ中に、空気等の酸素を含有するガスを通すことにより、オゾンを発生する装置である。放電発生装置としては例えば無声放電方式がある。この方式は、例えば高電圧電極と接地電極の放電ギャップ間に、高圧交流電源より発生した数〜数十ｋＶの高電圧を印加して微小放電柱の集合である放電を発生させる。酸素含有ガスは放電によって分解され、これによって、オゾンが発生する。

従来、このようなオゾン発生器の構成としては、例えば特許文献１及び２に開示がある。

特許文献１の段落［０００２］には、「無声放電式オゾン生成装置は１又は２の誘電体を挟んで対向した電極を有し、誘電体と電極との隙間又は誘電体同士の隙間に酸素を含む原料ガス（高濃度酸素（ＰＳＡ酸素）や脱湿空気等）を通過させながら前記電極に交流高電圧を印加し、無声放電により酸素を解離させてオゾンを生成する。前記隙間は１ｍｍ前後で、誘電体には絶縁耐力の高いガラスやセラミックが用いられる。」と記載されている。

特許文献２の段落［０００８］には、「放電電極と、前記放電電極に対向する誘導電極と、前記放電電極と前記誘導電極との間に設けられた誘電体層と、前記放電電極上に形成された撥水層とを備えている。」と記載されている。

特開平１０−３２４５０４号公報 特開２０１３−０６０３２７号公報

しなしながら、従来のオゾン発生器は、高湿度環境では、水分子やＯＨ（水酸基）によってオゾンが分解され、オゾンの生成効率が低下するという問題がある。

特許文献１では、誘電体を挟んで対向した２つの電極（電極対）間に、原料ガスを流すようにしているが、特許文献１の図４及び図５に示すように、原料ガスの流れ方向に対して、電極対の方向（一方の電極から他方の電極に向かう方向）を垂直(９０°)に設置している。そのため、電極の放電面に直接加湿された原料ガスが当たるため、水分子やＯＨ分子の影響によってオゾンの生成が阻害され、オゾンの生成効率が低下したり、発生しなくなる。

特許文献２では、放電電極上に撥水層を設けている。しかしながら、特許文献２の段落［００２０］に記載されているように、剥離防止のための保護膜を誘電体層と撥水層の間に設けていても、長期間の運転では剥離するおそれがある。しかも、高湿度環境では運転時間の経過に伴ってオゾンの生成効率が下がっていく、という問題がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、使用環境の湿度が高くなっても、オゾン発生の変化が少なく、幅広い湿度環境（絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³）において安定したオゾン発生を得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。

［１］ 本発明に係るオゾン発生器は、中空部を有する筐体の中空部内に２つの電極が所定のギャップ長を隔てて配置された複数の電極対が配置され、電極対の少なくとも２つの電極間に原料ガスを通過させ、２つの電極間に放電を発生させることで、オゾンを発生させるオゾン発生器において、２つの電極で挟まれた空間が放電空間であり、複数の電極対が並列もしくは直列又は並列及び直列に配置され、中空部における原料ガスの流れの主方向を法線方向とする任意の断面に、放電空間ではない部分が存在することを特徴とする。

これにより、電極対の２つの電極間に供給される加湿された原料ガスが少なくなり、放電空間が高加湿状態になり難いため、水分子やＯＨ分子によるオゾン分解反応を抑制でき、オゾン生成量の減少量を少なくすることが可能となる。

［２］ 本発明において、複数の電極対が直列又は並列及び直列に配置されていてもよい。直列に配置とは、複数の電極対が原料ガスの供給方向に沿って配列されることを示し、並列に配置とは、複数の電極対が原料ガスの供給方向と直交する方向に沿って配列されることを示す。

［３］ 本発明において、放電空間を含む電極対が、断面によってその一部が仮想的に切断される場合に、断面の面積をＡａ、断面の面積Ａａから放電空間を含む電極対を断面に投影させた部分の面積を除いた面積をＡｂとしたとき、面積比（Ａｂ／Ａａ）が２０％以上であることが好ましい。

これにより、電極対の２つの電極間に供給される原料ガス量の減少によるオゾン生成量の減少を最低限に抑え、且つ、電極対の２つの電極間に供給される加湿された原料ガスが少なくなり、放電空間が高加湿状態になり難いため、水分子やＯＨ分子によるオゾン分解反応を抑制でき、オゾン生成量の減少量を少なくすることが可能となる。

［４］ 本発明において、放電空間を含む電極対が、断面によってその一部が仮想的に切断される場合に、断面の面積をＡａ、断面の面積Ａａから放電空間を含む電極対を断面に投影させた部分の面積を除いた面積をＡｂとしたとき、面積比（Ａｂ／Ａａ）が８０％以上であることがさらに好ましい。

［５］ 本発明において、複数の電極対の８０％（個数）以上が中空部の中心線から５ｍｍ以上外側に配置されていることが好ましい。

［６］ 本発明において、複数の電極対の全てが中空部の中心線から５ｍｍ以上外側に配置されていることが好ましい。

［５］又は［６］によれば、加湿された原料ガスが大量に流れてくる場所に電極対が配置されなくなるため、放電空間に供給される加湿された原料ガス量が少なくなり、水分子やＯＨ分子によるオゾン分解反応を抑制でき、オゾン生成量の減少量を少なくすることが可能となる。

［７］ 本発明において、複数の電極対の８０％（個数）以上が中空部の中心線から１０ｍｍ以上外側に配置されていることが好ましい。

［８］ 本発明において、複数の電極対の全てが中空部の中心線から１０ｍｍ以上外側に配置されていることが好ましい。

［７］又は［８］によれば、加湿された原料ガスが大量に流れてくる場所に電極対が配置されなくなるため、放電空間に供給される加湿された原料ガス量が少なくなる。しかも、電極対の片側の放電面に原料ガスが直接当たらなくなるため、片側の誘電体表面は水分子やＯＨ分子を吸着しても低湿度状態が維持でき、オゾン生成量の減少量を少なくすることが可能となる。

［９］ 本発明において、２つの電極のうち、いずれか一方の電極が原料ガスの上流側に配置され、他方の電極が原料ガスの下流側に配置され、一方の電極から他方の電極に向かう方向が原料ガスの供給方向に対して傾いていてもよい。これにより、電極対の片側の放電面に原料ガスが直接当たらなくなるため、片側の誘電体表面は水分子やＯＨ分子を吸着しても低湿度状態が維持でき、オゾン生成量の減少量を少なくすることが可能となる。

［１０］ この場合、一方の電極から他方の電極に向かう方向と、原料ガスの供給方向とのなす角の絶対値が８０°以下であることが好ましい。これにより、電極対の片側の放電面に原料ガスが直接当たらなくなるため、片側の誘電体表面は水分子やＯＨ分子を吸着しても低湿度状態が維持でき、オゾン生成量の減少量を少なくすることが可能となる。

［１１］ 一方の電極から他方の電極に向かう方向と、原料ガスの供給方向とのなす角の絶対値が６０°以下であることが好ましい。これにより、２つの電極間に供給される原料ガスの減少量が少なく、電極対の片側では低湿度状態が維持でき、高いオゾン生成量を得ることが可能となる。

［１２］ 一方の電極から他方の電極に向かう方向と、原料ガスの供給方向とのなす角の絶対値が１０°以上であることが好ましい。これにより、一方の電極及び他方の電極間（放電空間）に原料ガスが供給されなくなることによるオゾン生成量の減少を少なくすることが可能となる。

［１３］ 一方の電極から他方の電極に向かう方向と、原料ガスの供給方向とのなす角の絶対値が３０°以上であることが好ましい。これにより、２つの電極間に供給される原料ガスの減少量が少なく、電極対の片側では低湿度状態が維持でき、高いオゾン生成量を得ることが可能となる。

［１４］ 本発明において、原料ガスが絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³の大気であってもよい。

［１５］ 本発明において、ギャップ長が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ未満であることが好ましい。これにより、湿度が高くなってもオゾン発生の変化が少なくなり、幅広い湿度環境（絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³）において、安定したオゾン発生が得られるオゾン発生器とすることができる。

［１６］ 本発明において、各電極は、中空部を有する筒状の誘電体と、誘電体の中空部内に位置された導体とを有してもよい。

本発明に係るオゾン発生器によれば、使用環境の湿度が高くなっても、オゾン発生の変化が少なく、幅広い湿度環境（絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³）において安定したオゾン発生を得ることができる。

本実施の形態に係るオゾン発生器の要部を示す縦断面図である。 電極対の構成を示す縦断面図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線上の断面図である。 本実施の形態に係るオゾン発生器の要部を拡大して示す縦断面図である。 第１変形例に係るオゾン発生器の要部を示す縦断面図である。 第１変形例に係るオゾン発生器の要部を拡大して示す縦断面図である。 第２変形例に係るオゾン発生器の要部を示す縦断面図である。 図８Ａは電極対の方向が一方向に傾いた電極対の作用を示す説明図であり、図８Ｂは電極対の方向が他方向に傾いた電極対の作用を示す説明図である。 第２変形例に係るオゾン発生器の要部を拡大して示す縦断面図である。 第３変形例に係るオゾン発生器の要部を示す縦断面図である。 第３変形例に係るオゾン発生器の要部を拡大して示す縦断面図である。 サンプル１〜５について、原料ガスの供給流量を変化させた場合のオゾン発生量の変化を示すグラフである。 サンプル６〜９について、原料ガスの供給流量を変化させた場合のオゾン発生量の変化を示すグラフである。

以下、本発明に係るオゾン発生器の実施の形態例を図１〜図１３を参照しながら説明する。なお、本明細書において数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。

本実施の形態に係るオゾン発生器１０は、図１に示すように、中空部１１を有し、該中空部１１に原料ガス１２が供給される筐体１４と、筐体１４の中空部１１に設置された１以上の電極対１６と、交流電源１８（図２参照）とを有する。電極対１６は、図２及び図３に示すように、２つの電極２０（第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂ）が所定のギャップ長Ｄｇを隔てて配置されて構成されている。交流電源１８は、２つの電極２０間に交流電圧を印加する。

オゾン発生器１０は、電極対１６の少なくとも２つの電極２０間に原料ガス１２を通過させ、２つの電極２０間に放電を発生させることで、オゾンを発生させる。２つの電極２０で挟まれた空間は、放電が発生する空間であることから、ここでは、放電空間２２と定義する。

特に、本実施の形態では、筐体１４の互いに対向する内壁（一方の内壁１４ａ及び他方の内壁１４ｂ）間において、複数の電極対１６が直列及び並列に配列されている。例えば複数の電極対１６を原料ガス１２の供給方向に沿って直列に配列してなる電極対列２４を原料ガスの供給方向と直交する方向に沿って並列に配列する等が挙げられる。図１では、２つの電極対列２４を中空部１１の中心線Ｌｃに近接させて並列に配列した例を示す。

この場合、中空部１１の中心線Ｌｃから各電極対列２４の中心位置Ｌｄまでの距離をＤａ、中空部１１の中心線Ｌｃから筐体１４の内壁（例えば一方の内壁１４ａ）までの距離をＤｂとしたとき、Ｄａ／Ｄｂが１０％以下に設定されている。図１の例では、例えば中空部の中心線Ｌｃから各電極対列２４の中心位置Ｌｄまでの距離Ｄａは５ｍｍ以下に設定されている。以下の説明では、２つの電極対列２４のうち、一方の内壁１４ａ寄りの電極対列を第１電極対列２４Ａ、他方の内壁１４ｂ寄りの電極対列を第２電極対列２４Ｂと記す場合がある。

図２及び図３に示すように、各電極２０は棒状を有し、原料ガス１２の流れの主方向を法線方向とする原料ガス通過面３２に沿って延び、筐体１４の一方の側壁２７ａ及び他方の側壁２７ｂ間に張設されている。すなわち、筐体１４の中空部１１を原料ガス通過面３２に沿って横断し、筐体１４の一方の側壁２７ａ及び他方の側壁２７ｂに固定された形態となっている。なお、原料ガス１２の流れの主方向とは、原料ガス１２の中央部分における指向性のある流れの方向を示し、これは、原料ガス１２の周辺部の指向性のない流れ成分の方向を排除する意味である。

各電極２０は、中空部２６を有する筒状の誘電体２８と、該誘電体２８の中空部２６内に位置された導体３０とを有する。図２及び図３では、誘電体２８は円筒状を有し、横断面形状が円形の中空部２６が形成された例を示す。導体３０は横断面形状が円形を有する。もちろん、これらの形状に限定する必要はなく、誘電体２８は、横断面形状が三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形の筒状としてもよい。これに対応させて、導体３０の形状も横断面形状が三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形の柱状としてもよい。

原料ガス１２は、本実施の形態では、オゾンを発生させることを目的としているため、大気や酸素を含んだガスを例示することができる。この場合、除湿されていない空気であっても構わない。

導体３０の材料は、モリブデン、タングステン、銀、銅、ニッケル及びこれらの中から少なくとも１つを含む合金からなる群より選ばれた１つであることが好ましい。合金としては、インバー、コバール、インコネル（登録商標）、インコロイ（登録商標）を例示することができる。

また、誘電体２８の材料は、導体３０の融点未満の温度において焼成することができるセラミックス材料、例えば酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ネオジム、窒化チタン、窒化アルミ、窒化珪素、アルミナ、シリカ及びムライトからなる群から選ばれた１つ以上の材料を含む単独もしくは複合酸化物や複合窒化物であることが好ましい。

そして、本実施の形態においては、図４に示すように、中空部１１における前記原料ガス１２の流れの主方向を法線方向とする任意の断面３６に、放電空間ではない部分３７が存在する。図４では、代表的に電極対１６が存在する位置Ｐ１での断面３６と、電極対１６が存在しない位置Ｐ２での断面３６を示す。位置Ｐ１では、放電空間２２を含む電極対１６が、断面３６によってその一部が仮想的に切断された形態となっている。

電極対１６が存在する位置Ｐ１では、断面３６のうち、放電空間２２を含む電極対１６を位置Ｐ１での断面３６に投影させた部分３９（放電空間とみなす部分と称してもよい）を除く部分３７が放電空間でない部分である。

また、例えば位置Ｐ１での断面３６をみたとき、該断面３６から放電空間とみなす部分３９を除く部分３７（放電空間ではない部分３７）の面積Ａｂは、位置Ｐ１における断面３６の面積Ａａから位置Ｐ１に存在する電極対１６（放電空間２２を含む）を位置Ｐ１の断面３６に投影した面積を除いた面積となる。そして、上述した断面３６の面積Ａａと、放電空間ではない部分３７の面積をＡｂとの比（Ａｂ／Ａａ）は２０％以上、さらには８０％以上である。

電極対１６が存在しない位置Ｐ２では、断面３６全体が放電空間ではない部分３７である。すなわち、オゾン発生器１０中の任意の位置の断面３６において放電空間ではない部分３７が存在する。つまり、どの位置の断面３６を選んでも、放電空間ではない部分３７が存在する。

また、例えば位置Ｐ２での断面３６をみたとき、断面３６には放電空間２２を含む電極対１６は存在しないことから、断面３６のうち、放電空間ではない部分３７の面積Ａｂは、断面３６の面積Ａａと同じになる。従って、面積比（Ａｂ／Ａａ）は１００％となる。

通常、筐体１４内に供給された原料ガス１２、例えば加湿された原料ガス１２全てが電極対１６の２つの電極２０間を流通すると、放電によって発生したオゾンが、原料ガス１２内の水分子やＯＨ分子によって分解され、オゾンの生成効率が低下するという問題がある。

しかし、本実施の形態では、断面３６の一部に、放電空間ではない部分３７が存在するため、加湿された原料ガス１２は電極対１６の２つの電極２０間と放電空間でない部分３７とに分岐して流通する（分流）こととなる。すなわち、加湿された原料ガス１２全てが２つの電極２０間を流通することがなくなり、２つの電極２０間に供給される加湿された原料ガス１２が少なくなる。その結果、放電空間２２が高加湿状態になり難くなり、水分子やＯＨ分子によるオゾン分解反応を抑制でき、オゾン生成量の減少量を少なくすることが可能となる。

さらに、本実施の形態では、上述したように、第１電極対列２４Ａ及び第２電極対列２４Ｂを中空部１１の中心線Ｌｃに近接させて並列に配列するようにしている（図１参照）。そのため、第１電極対列２４Ａにおける各第１電極２０ａと筐体１４の一方の内壁１４ａ間の放電空間ではない部分３７並びに第２電極対列２４Ｂにおける各第２電極２０ｂと筐体１４の他方の内壁１４ｂ間の放電空間ではない部分３７がそれぞれ広い面積にわたって存在することになる。

また、本実施の形態では、図４に示すように、筐体１４の中空部１１における原料ガス１２の流れの主方向を法線方向とする断面３６の面積をＡａ、放電空間ではない部分３７の面積をＡｂとしたとき、その面積比（Ａｂ／Ａａ）が２０％以上、さらには８０％以上である。

これにより、電極対１６の２つの電極２０間に供給される原料ガス量が減少するため、オゾン生成量の減少を最低限に抑えることが可能となる。しかも、電極対１６の２つの電極２０間に供給される加湿された原料ガス１２が少なくなり、放電空間２２が高加湿状態になり難いため、水分子やＯＨ分子によるオゾン分解反応を抑制でき、オゾン生成量の減少量を少なくすることが可能となる。

このように、本実施の形態においては、高湿度の原料ガス１２を供給してもオゾンの分解反応によるオゾン発生の低減を減らすことができ、且つ、反応しきれないまま放電空間２２を通過する原料ガス１２を減らすことができるため、高いオゾンの生成効率を得ることができる。

その結果、湿度が高くなってもオゾン発生の変化が少なくなり、幅広い湿度環境（絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ³）において、安定したオゾン発生が得られるオゾン発生器とすることができる。

また、特許文献２のような撥水層が存在しないため、長期間の運転による撥水層の剥離の影響も無く、長期間において安定したオゾン発生量が得られる。

次に、本実施の形態に係るオゾン発生器１０の好ましいその他の態様について説明する。

先ず、２つの電極２０間のギャップ長Ｄｇは、２つの電極２０間の距離のうち、第１電極２０ａの誘電体２８と第２電極２０ｂの誘電体２８との間の最短距離を示す。このギャップ長はＤｇは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ未満であることが好ましい。

ギャップ長Ｄｇが大きすぎると、誘電体２８間の距離が大きくなることから、放電空間２２の中央部分に存在する水分子やＯＨ分子の量が増えることとなる。そのため、高湿度環境では原料ガス１２に含まれ、且つ、誘電体２８の付近や放電空間２２の中央部分に存在する水分子やＯＨ分子の影響によってオゾンの生成が阻害され、オゾンの生成効率が低下したり、発生しなくなる。

ギャップ長Ｄｇが小さすぎると、水分子やＯＨ分子が誘電体２８に付着することによって、放電空間２２が短絡するおそれがある。すなわち、誘電体２８間が水分子やＯＨ分子で接続されるおそれがある。これは、放電空間２２の中央部分に水分子やＯＨ分子が多く存在することと同じになり、水分子やＯＨ分子の影響によってオゾンの生成が阻害され、オゾンの生成効率が低下したり、発生しなくなる。

従って、ギャップ長Ｄｇは、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ未満であることが好ましい。

本実施の形態では、各電極２０を、中空部２６を有する筒状の誘電体２８と、該誘電体２８の中空部２６内に位置された導体３０とを有する構成としたので、電極２０間の距離を容易に調整することができ、特許文献１に記載された沿面放電方式の構成と比して、電極２０間のギャップ長Ｄｇを０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ未満とすることが容易になる。

本実施の形態に係るオゾン発生器１０においては、放電空間２２（１つ当たり）を通過する原料ガス１２の流量を３８０Ｌ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、３００Ｌ／ｍｉｎ以下であり、より好ましくは１５０Ｌ／ｍｉｎ以下である。

これにより、放電空間２２に流れる原料ガス１２の分布が減少し、放電空間２２内で均一にオゾンが生成でき、原料ガス１２が多すぎてオゾンが生成しきれないことをなくすことができる。その結果、オゾンの分解反応によるオゾン発生の低減を減らすことができ、且つ、反応しきれないまま放電空間２２を通過する原料ガス１２を減らすことができるため、高いオゾンの生成効率を得ることができる。

なお、電極２０の製造方法としては、以下に示す方法が挙げられる。すなわち、例えば筒状の成形体を仮焼成して中空部を有する仮焼成体を作製し、その後、仮焼成体の中空部内に導体３０を挿入する。そして、仮焼成体と導体３０とを仮焼成よりも高い温度で焼成することによって直接一体化させて誘電体２８の中空部２６に導体３０が挿入された電極２０を作製する。

その他の方法としては、ゲルキャスト法を用いることができる。ゲルキャスト法では、金型内に、導体３０をセットし、セラミック粉末、分散媒、及びゲル化剤を含むスラリーを注型した後に、このスラリーを温度条件や架橋剤の添加等によりゲル化させることにより固化し、成形して、その後、焼成することで、電極２０を作製する。

次に、本実施の形態に係るオゾン発生器１０のその他の変形例（第１変形例〜第３変形例）について図５〜図１１を参照しながら説明する。

第１変形例に係るオゾン発生器１０ａは、図５に示すように、第１電極対列２４Ａ及び第２電極対列２４Ｂを中空部１１の中心線Ｌｃから遠ざけて並列に配列した点で異なる。この場合、中空部１１の中心線Ｌｃから筐体１４の内壁（例えば一方の内壁１４ａ）までの距離Ｄｂに対する中空部１１の中心線Ｌｃから各電極対列２４の中心位置Ｌｄまでの距離Ｄａの比（Ｄａ／Ｄｂ）は、１０％以上に設定されている。図５の例では、例えば中空部１１の中心線Ｌｃから各電極対列２４の中心位置Ｌｄまでの距離Ｄａは５ｍｍ以上に設定されている。

これにより、図５に示すように、第１電極対列２４Ａの各第２電極２０ｂと第２電極対列２４Ｂの各第１電極２０ａとの間に、放電空間ではない部分３７が中空部１１の中心線Ｌｃを含んで広い面積にわたって存在することになる。

一般に、筐体１４の中空部１１のように、管路内を流れる原料ガス１２は中央側に最大値を持った放物線状の流速分布を持って流れる。この第１変形例では、上述した構成を有することから、加湿された原料ガス１２が大量に流れてくる場所に電極対１６が配置されなくなる。その結果、放電空間２２に供給される加湿された原料ガス量が少なくなり、水分子やＯＨ分子によるオゾン分解反応を抑制でき、オゾン生成量の減少量を少なくすることが可能となる。

上述の例では、全ての電極対１６を中空部１１の中心線Ｌｃから５ｍｍ以上外側に配置した例を示したが、その他、複数の電極対１６の８０％（個数）以上を中空部１１の中心線Ｌｃから５ｍｍ以上外側に配置してもよい。

また、中空部１１の中心線Ｌｃから筐体１４の内壁までの距離Ｄｂに対する中空部１１の中心線Ｌｃから各電極対列２４の中心位置Ｌｄまでの距離Ｄａの比（Ｄａ／Ｄｂ）は、２０％以上に設定することが好ましい。例えば中空部１１の中心線Ｌｃから各電極対列２４の中心位置Ｌｄまでの距離Ｄａを１０ｍｍ以上に設定することが好ましい。この場合も、複数の電極対１６の８０％（個数）以上を中空部１１の中心線Ｌｃから１０ｍｍ以上外側に配置してもよい。

これにより、第１電極対列２４Ａにおいては、電極対１６を構成する第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂのうち、筐体１４の一方の内壁１４ａに近接する第１電極２０ａの放電面に原料ガス１２が直接当たりにくくなる。第２電極対列２４Ｂにおいては、筐体１４の他方の内壁１４ｂに近接する第２電極２０ｂの放電面に原料ガスが直接当たりにくくなる。このため、上述した第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂの各誘電体２８の表面は水分子やＯＨ分子を吸着しても低湿度状態が維持でき、オゾン生成量の減少量を少なくすることが可能となる。なお、電極対１６は、必ずしも全てが直列配置をとる必要はないが、図１及び図５のように、直列配置させることが好ましい。

次に、第２変形例に係るオゾン発生器１０ｂは、図７、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、上述した本実施の形態に係るオゾン発生器１０とほぼ同様の構成を有するが、以下の点で異なる。

すなわち、図８Ａに示すように、第１電極対列２４Ａの各電極対１６を構成する２つの電極２０のうち、第１電極２０ａが原料ガス１２の上流側に配置され、第２電極２０ｂが原料ガス１２の下流側に配置されている。さらに、上流側の第１電極２０ａから下流側の第２電極２０ｂに向かう方向Ｌａが原料ガスの供給方向Ｌｂに対して傾いている。同様に、図８Ｂに示すように、第２電極対列２４Ｂの各電極対１６を構成する２つの電極２０のうち、第２電極２０ｂが原料ガス１２の上流側に配置され、第１電極２０ａが原料ガス１２の下流側に配置されている。さらに、上流側の第２電極２０ｂから下流側の第１電極２０ａに向かう方向Ｌａが原料ガスの供給方向Ｌｂに対して傾いている。

これにより、第１電極対列２４Ａにおいては、図８Ａに示すように、第１電極２０ａと第２電極２０ｂ間の放電空間２２には、原料ガス１２が通過する領域３８ｂと原料ガス１２がほとんど通過しない領域３８ａとが形成されることになる。そのため、第１電極２０ａにおける誘電体２８の表面のうち、放電空間２２内の表面（放電面２８ａ）に原料ガス１２が直接当たらなくなる。すなわち、第１電極２０ａにおける誘電体２８の上述の放電面２８ａには水分子やＯＨ分子が直接当たらないため、低湿度状態が維持でき、オゾン生成量の減少を少なくすることが可能となる。

同様に、第２電極対列２４Ｂにおいては、図８Ｂに示すように、第２電極２０ｂにおける誘電体２８の放電面２８ａに原料ガス１２が直接当たらなくなる。すなわち、第２電極２０ｂにおける誘電体２８の上述の放電面２８ａには水分子やＯＨ分子が直接当たらないため、低湿度状態が維持でき、オゾン生成量の減少を少なくすることが可能となる。

特に、上流側に位置する電極（第１電極２０ａ又は第２電極２０ｂ）から下流側に位置する電極（第２電極２０ｂ又は第１電極２０ａ）に向かう方向（以下、電極対の方向Ｌａと記す）と、原料ガス１２の供給方向Ｌｂとのなす角（±θ）の絶対値は８０°以下であることが好ましい。図８Ａは、なす角が−θの場合を示し、図８Ｂは、なす角が＋θの場合を示す。この場合、電極対１６の片側の放電面２８ａに原料ガス１２が直接当たらなくなるため、片側の放電面２８ａには水分子やＯＨ分子が直接当たらず、低湿度状態が維持でき、オゾン生成量の減少を少なくすることが可能となる。

また、電極対１６の方向Ｌａと、原料ガス１２の供給方向Ｌｂとのなす角（±θ）の絶対値は１０°以上であることが好ましい。この場合、第１電極２０ａ及び第２電極２０ｂ間（放電空間２２）に原料ガス１２が供給されなくなることによるオゾン生成量の減少を少なくすることが可能となる。

電極対１６の方向Ｌａと、原料ガス１２の供給方向Ｌｂとのなす角（±θ）の絶対値は６０°以下であることが好ましい。また、電極対１６の方向Ｌａと、原料ガス１２の供給方向Ｌｂとのなす角（±θ）の絶対値は３０°以上であることが好ましい。これらにより、２つの電極２０間に供給される原料ガス１２の減少量が少なく、電極対１６の片側では低湿度状態が維持でき、高いオゾン生成量を得ることが可能となる。

もちろん、この第２変形例に係るオゾン発生器１０ｂにおいても、図９に示すように、中空部１１における原料ガス１２の流れの主方向を法線方向とする断面３６に、放電空間ではない部分３７が存在する。図９では、代表的に電極対１６が存在する位置Ｐ１ａ及びＰ１ｂでの断面３６と、電極対１６が存在しない位置Ｐ２での断面３６を示す。位置Ｐ１ａ及びＰ１ｂでは、放電空間２２を含む電極対１６が、断面３６によってその一部が仮想的に切断された形態となっている。

電極対１６が存在する位置Ｐ１ａでは、断面３６のうち、放電空間２２を含む電極対１６を位置Ｐ１ａでの断面３６に投影させた部分３９（放電空間とみなす部分３９と称してもよい）を除く部分３７が放電空間でない部分である。同様に、電極対１６が存在する位置Ｐ１ｂでは、断面３６のうち、放電空間２２を含む電極対１６を位置Ｐ１ｂでの断面３６に投影させた部分３９を除く部分３７が放電空間でない部分である。

また、例えば位置Ｐ１ａ及びＰ１ｂでの断面３６をみたとき、放電空間ではない部分３７の面積Ａｂは、位置Ｐ１ａでは、位置Ｐ１ａにおける断面３６の面積Ａａから位置Ｐ１ａに存在する電極対１６（放電空間２２を含む）を位置Ｐ１ａの断面に投影した面積を除いた面積となる。同様に、位置Ｐ１ｂでは、位置Ｐ１ｂにおける断面３６の面積Ａａから位置Ｐ１ｂに存在する電極対１６（放電空間２２を含む）を位置Ｐ１ｂの断面に投影した面積を除いた面積となる。そして、上述した断面３６の面積Ａａと、放電空間ではない部分３７の面積Ａｂとの比（Ａｂ／Ａａ）は２０％以上、さらには８０％以上である。

電極対１６が存在しない位置Ｐ２では、断面３６全体が放電空間ではない部分３７である。すなわち、オゾン発生器１０ｂ中の任意の位置の断面３６において放電空間ではない部分３７が存在する。つまり、どの位置の断面３６を選んでも、放電空間ではない部分３７が存在する。

また、例えば位置Ｐ２での断面３６をみたとき、断面３６には放電空間２２を含む電極対１６は存在しないことから、放電空間ではない部分３７の面積Ａｂは、断面３６の面積Ａａと同じになる。従って、面積比（Ａｂ／Ａａ）は１００％となる。

このように、筐体１４の中空部１１における原料ガス１２の流れの主方向を法線方向とする断面３６の面積をＡａ、放電空間ではない部分３７の面積をＡｂとしたとき、その面積比（Ａｂ／Ａａ）が２０％以上、さらには８０％以上である。しかも、図７に示すように、第１電極対列２４Ａ及び第２電極対列２４Ｂを中空部１１の中心線Ｌｃに近接させて並列に配列しているため、電極対１６の２つの電極２０間に供給される原料ガス量が減少するため、オゾン生成量の減少を最低限に抑えることが可能となる。

なお、第２変形例において、第１電極対列２４Ａにおける各電極対１６の方向Ｌａ及び角度を全て同じにした例を示したが、一部の電極対１６が、電極対１６の方向Ｌａや角度が異なっていてもよい。これは第２電極対列２４Ｂにおいても同様である。

次に、第３変形例に係るオゾン発生器１０ｃは、上述した第２変形例に係るオゾン発生器１０ｂとほぼ同様の構成を有するが、図１０及び図１１に示すように、第１電極対列２４Ａ及び第２電極対列２４Ｂを中空部１１の中心線Ｌｃから遠ざけて並列に配列した点で異なる。この場合、第２変形例に係るオゾン発生器１０ｂと同様に、原料ガス１２の供給方向Ｌｂに対して電極対１６の方向Ｌａを傾けたことによる効果を得ることができる。すなわち、低湿度状態が維持でき、オゾン生成量の減少を少なくすることが可能となる。

しかも、図１０に示すように、中空部１１の中心線Ｌｃから筐体１４の内壁（例えば一方の内壁１４ａ）までの距離Ｄｂに対する中空部１１の中心線Ｌｃから各電極対列２４の中心位置Ｌｄまでの距離Ｄａの比（Ｄａ／Ｄｂ）を１０％以上、好ましくは２０％以上に設定している。例えば中空部１１の中心線Ｌｃから各電極対列２４の中心位置Ｌｄまでの距離Ｄａを５ｍｍ以上、好ましくは１０ｍｍ以上に設定したので、加湿された原料ガス１２が大量に流れてくる場所に電極対１６が配置されなくなる。その結果、放電空間２２に供給される加湿された原料ガス量が少なくなり、水分子やＯＨ分子によるオゾン分解反応を抑制でき、オゾン生成量の減少量を少なくすることが可能となる。

なお、この第３変形例においても、第１電極対列２４Ａにおける各電極対１６の方向Ｌａ及び角度を全て同じにした例を示したが、一部の電極対１６が、電極対１６の方向Ｌａや角度が異なっていてもよい。これは第２電極対列２４Ｂにおいても同様である。

［第１実施例］
サンプル１〜５について、原料ガスの供給流量を変化させた場合のオゾン発生量の変化を確認した。各サンプルにおける電極２０の材質は、誘電体２８がアルミナ、導体３０が銅である。

（オゾン発生量の確認方法）
先ず、オゾン発生量を確認するために、原料ガス１２は、空気（絶対湿度：３０ｇ／ｍ³）を使用した。ガス圧力は０．１０ＭＰａとした。

放電用の電源として、電圧（振幅Ａ）が±４ｋＶ、周波数ｆが２０ｋＨｚの交流電圧を出力する交流電源１８を用いた。

上記の条件で、排出ガスのオゾン濃度をオゾン濃度計（ＥＧ−３０００Ｄ（荏原実業株式会社製））にて測定し、この測定値に供給流量を乗算してオゾン発生量を求めた。

サンプル１〜５に係るオゾン発生器における電極構造の内訳は以下の通りである。

（サンプル１）
サンプル１は、図１に示すオゾン発生器１０の第１電極対列２４Ａ及び第２電極対列２４Ｂの列数を増やして、筐体１４の中空部１１における原料ガス１２の流れの主方向を法線方向とする断面３６の面積をＡａ、断面３６のうち、放電空間ではない部分３７の面積をＡｂとしたとき、その面積比（Ａｂ／Ａａ）を０％とした。すなわち、放電空間ではない部分３７が存在しない構成とした。また、中空部１１の中心線Ｌｃに最も近接する電極対列２４の中心位置Ｌｄから中空部の中心線までの距離Ｄａは１ｍｍである。

（サンプル２〜４）
サンプル２、３及び４は、図１に示すオゾン発生器１０の第１電極対列２４Ａ及び第２電極対列２４Ｂの列数を増やして、上述した面積比（Ａｂ／Ａａ）をそれぞれ２０％、４０％及び６０％とした。

（サンプル５）
サンプル５は、図１に示すオゾン発生器１０と同様の構成とした。すなわち、１つの第１電極対列２４Ａと１つの第２電極対列２４Ｂとし、上述した面積比（Ａｂ／Ａａ）を８０％とした。

（評価結果）
サンプル１〜５の評価結果を図１２に示す。

図１２から、上述した面積比（Ａｂ／Ａａ）が大きくなるに従って、オゾン発生量が多くなる傾向にあった。このことから、面積比（Ａｂ／Ａａ）が２０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは４０％以上であり、特に好ましくは８０％以上であることがわかる。

［第２実施例］
サンプル６〜９について、原料ガスの供給流量を変化させた場合のオゾン発生量の変化を確認した。オゾン発生量の確認方法は上述した第１実施例と同様である。

サンプル６〜９に係るオゾン発生器における電極構造の内訳は以下の通りである。

（サンプル６及び７）
サンプル６及び７は、図１に示すオゾン発生器１０において、中空部１１の中心線Ｌｃから各電極対列２４の中心位置Ｌｄまでの距離Ｄａが２ｍｍ及び５ｍｍである。なお、中空部１１の中心線Ｌｃから筐体１４の内壁までの距離Ｄｂから距離Ｄａを差し引いた値は、サンプル６が９６ｍｍ、サンプル７が９０ｍｍである。

（サンプル８及び９）
サンプル８及び９は、図５に示す第１変形例に係るオゾン発生器１０ａにおいて、上述した距離Ｄａが７．５ｍｍ及び１０ｍｍである。

（評価結果）
サンプル６〜９の評価結果を図１３に示す。

図１３から、上述した距離Ｄａが大きくなるに従って、オゾン発生量が多くなる傾向にあった。このことから、距離Ｄａが５ｍｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは７．５ｍｍ以上であり、特に好ましくは１０ｍｍ以上であることがわかる。

なお、本発明に係るオゾン発生器は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…オゾン発生器 １１…中空部（筐体）
１２…原料ガス １４…筐体
１４ａ…一方の内壁 １４ｂ…他方の内壁
１６…電極対 ２０…電極
２０ａ…第１電極 ２０ｂ…第２電極
２２…放電空間 ２４…電極対列
２４Ａ…第１電極対列 ２４Ｂ…第２電極対列
２６…中空部（誘電体） ２８…誘電体
２８ａ…放電面 ３０…導体
３２…原料ガス通過面 ３７…放電空間でない部分
３６…断面 ３８ａ…原料ガスが通過する領域
３８ｂ…原料ガスがほとんど通過しない領域
３９…放電空間とみなす部分
Ｄｇ…ギャップ長

Claims (15)

1. 中空部を有する筐体の前記中空部内に２つの電極が所定のギャップ長を隔てて配置された複数の電極対が配置され、
   前記電極対の少なくとも前記２つの電極間に原料ガスを通過させ、前記２つの電極間に放電を発生させることで、オゾンを発生させるオゾン発生器において、
   前記２つの電極で挟まれた空間が放電空間であり、
   前記複数の電極対が並列もしくは直列又は並列及び直列に配置され、
   前記中空部における前記原料ガスの流れの主方向を法線方向とする任意の断面に、前記放電空間ではない部分が存在し、
   前記放電空間を含む前記電極対が、前記断面によってその一部が仮想的に切断される場合に、
   前記断面の面積をＡａ、前記断面の面積Ａａから前記放電空間を含む電極対を前記断面に投影させた部分の面積を除いた面積をＡｂとしたとき、面積比（Ａｂ／Ａａ）が２０％以上であることを特徴とするオゾン発生器。
2. 請求項１記載のオゾン発生器において、
   前記複数の電極対が直列又は並列及び直列に配置されていることを特徴とするオゾン発生器。
3. 請求項１又は２記載のオゾン発生器において、
   前記面積比（Ａｂ／Ａａ）が８０％以上であることを特徴とするオゾン発生器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
   前記複数の電極対の８０％（個数）以上が前記中空部の中心線から５ｍｍ以上外側に配置されていることを特徴とするオゾン発生器。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
   前記複数の電極対の全てが前記中空部の中心線から５ｍｍ以上外側に配置されていることを特徴とするオゾン発生器。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
   前記複数の電極対の８０％（個数）以上が前記中空部の中心線から１０ｍｍ以上外側に配置されていることを特徴とするオゾン発生器。
7. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
   前記複数の電極対の全てが前記中空部の中心線から１０ｍｍ以上外側に配置されていることを特徴とするオゾン発生器。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
   前記２つの電極のうち、いずれか一方の電極が前記原料ガスの上流側に配置され、他方の電極が前記原料ガスの下流側に配置され、
   前記一方の電極から前記他方の電極に向かう方向が前記原料ガスの供給方向に対して傾いていることを特徴とするオゾン発生器。
9. 請求項８記載のオゾン発生器において、
   前記一方の電極から前記他方の電極に向かう方向と、前記原料ガスの供給方向とのなす角の絶対値が８０°以下であることを特徴とするオゾン発生器。
10. 請求項８記載のオゾン発生器において、
    前記一方の電極から前記他方の電極に向かう方向と、前記原料ガスの供給方向とのなす角の絶対値が６０°以下であることを特徴とするオゾン発生器。
11. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
    前記一方の電極から前記他方の電極に向かう方向と、前記原料ガスの供給方向とのなす角の絶対値が１０°以上であることを特徴とするオゾン発生器。
12. 請求項８〜１１のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
    前記一方の電極から前記他方の電極に向かう方向と、前記原料ガスの供給方向とのなす角の絶対値が３０°以上であることを特徴とするオゾン発生器。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
    前記原料ガスが絶対湿度０〜５０ｇ／ｍ^３の大気であることを特徴とするオゾン発生器。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
    前記ギャップ長が０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ未満であることを特徴とするオゾン発生器。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
    各前記電極は、中空部を有する筒状の誘電体と、該誘電体の前記中空部内に位置された導体とを有することを特徴とするオゾン発生器。

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