JP7019872B1 - オゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

本願は、オゾン発生装置およびオゾン発生方法に関するものである。ガス流方向に導入される酸素を含んだガスを用いてオゾンを発生させるオゾン発生装置である。オゾン発生装置（１０）は、ガスに対して放電で電子衝突を生じさせる放電空間部位（５２）と、放電空間部位が電子衝突を行ってガスに含まれる酸素から変換され発生したオゾンを導出する導出部位と、発生したオゾンが電子衝突によって分解される分解反応を抑制する分解反応抑制機構とを備える。

Description

本願は、オゾン発生装置に関する。

高圧電極と接地電極との間の放電空間に発生させた放電を用いてオゾンを発生させるオゾン発生装置が知られている（例えば、特許文献１）。当オゾン発生装置は、酸素ガス（Ｏ_２）に対し放電空間で電子衝突を生じさせ、オゾン（Ｏ_３）を生成する。

上述したオゾン発生装置において、電子衝突が生じた酸素ガス（Ｏ_２）から、解離によって酸素ラジカル（Ｏ）が生成される（Ｏ_２＋ｅ→Ｏ＋Ｏ＋ｅ、ｅは電子を示す）。生成された酸素ラジカルは、周辺に存在する酸素ガスと結合してオゾン（Ｏ_３）を生成する（Ｏ＋Ｏ_２＋Ｍ→Ｏ_３＋Ｍ、Ｍは第三体を示す）。

特開昭６２－１３２７０６号公報

しかしながら、生成したオゾンに対し同一の放電空間で更に電子衝突が生じた場合、オゾンの分解反応（Ｏ_３＋ｅ→Ｏ＋Ｏ_２＋ｅ）も進行し得る。生成したオゾンに対してオゾン分解反応が進行した場合、オゾン発生装置が生成するオゾン生成効率が低下し得る。

本願は、上記のような事情を鑑みてなされたものであり、オゾン生成効率低下を抑制し得るオゾン発生装置を提供することを目的とする。

本願の一側面に係るオゾン発生装置は、ガス流方向に導入される酸素を含んだガスを用いてオゾンを発生させるオゾン発生装置であり、ガスに対して放電で電子衝突を生じさせる放電空間部位と、放電空間部位が電子衝突を行ってガスに含まれる酸素から変換され発生したオゾンを導出する導出部位と、発生したオゾンが電子衝突によって分解される分解反応を抑制する分解反応抑制機構とを備え、分解反応抑制機構は、放電空間部位を構成する離隔した配置された高圧側誘電体および接地側誘電体と、放電空間部位の間に印加を行う高圧側誘電体に接続した高圧電極および接地側誘電体に接続した接地電極とを備え、ガス流方向における高圧電極および接地電極の幅Ｌｄを、ガス流方向に直角な方向における高圧電極および接地電極の長さＬｗよりも短く構成してあり、放電空間部位は、高圧側誘電体と接地側誘電体とのギャップとして構成してあり、高圧側誘電体と接地側誘電体との間に、高圧側誘電体と接地側誘電体との離隔する距離が離隔距離ｄでガス流方向に対して直角な方向へ長さＬｗで続く放電空間部位と、放電空間部位のガス流方向における上流側に位置し、ガス流方向に沿って距離が離隔距離ｄへと縮小する縮小部位と、放電空間部位のガス流方向における下流側に位置し、ガス流方向に沿って距離が離隔距離ｄから拡大する拡大部位とを備え、縮小部位の縮小角度は４５度であり、拡大部位の拡大角度は１０度である。

本願の一側面においては、オゾン生成効率低下を抑制し得るオゾン発生装置を提供することが可能となる。

実施の形態１に係るオゾン発生装置の構成を示す模式図である。 ガス圧力Ｐの変化と酸素ラジカルからオゾンへの変換時間τとの関係を示すグラフの図である。 実施の形態２に係るオゾン発生装置の構成を示す模式図である。 実施の形態２における電源出力の波形と放電電力との関係を示した説明図である。

以下、添付図面を参照して、本願が開示するオゾン発生装置および方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本願が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るオゾン発生装置の構成を示す模式図である。オゾン発生装置１０は、図１に示してあるように、高周波電源１、高圧電極２、接地電極３、高圧側誘電体４、接地側誘電体５を備える。またオゾン発生装置１０は、オゾン発生の原材料となる酸素ガスを含んだガスを図１の紙面に向かって左から右へ、つまり矢印で示されるガス導入方向５４に導入し、矢印で示されるガス導出方向５５に導出する。

高周波電源１は、高圧電極２および接地電極３に接続してあり、高圧電極２および接地電極３の間に高周波の電圧を印加する。高圧電極２および接地電極３は、例えば金属で構成されている。また、高圧側誘電体４および接地側誘電体５は、例えばアルミナセラミックス板で構成されている。

高圧電極２は、図１に示してあるように、酸素ガスを含んだガスのガス導入方向５４に沿った幅がＬｄであり、ガス導入方向５４と直角な図１の紙面の奥に向かって長さＬｗで延出する電極部材である。また高圧電極２は、図１に示してあるように、図１の下方で後述する高圧側誘電体４と接続してある。

接地電極３は、図１に示してあるように、酸素ガスを含んだガスのガス導入方向５４に沿った幅がＬｄであり、ガス導入方向５４と直角な図１の紙面の奥に向かって長さＬｗで延出する電極部材である。また接地電極３は、一端が接地してあり、図１の紙面に対して上下方向に離隔して高圧電極２に対向するように配置してある。更に接地電極３は、図１に示してあるように、図１の上方で後述する接地側誘電体５と接続してあり、幅Ｌｄと長さＬｗとの向きが高圧電極２と同方向となるよう対向配置してある。

高圧側誘電体４と接地側誘電体５とは、図１の紙面に対して上下に離隔距離ｄで離隔するように配置してある。高圧側誘電体４と接地側誘電体５との間の空間が後述する放電空間部位として機能する。すなわち、高圧側誘電体４の一方の面の一部に高圧電極２が設けられた放電電極と、接地側誘電体５の一方の面の一部に接地電極３が設けられた放電電極とが高圧側誘電体４および接地側誘電体５の他方の面同士を対向させて配置されてオゾン発生ユニット１１が構成されている。

高圧側誘電体４と接地側誘電体５とは、図１の紙面に対して上下方向の離隔距離がｄよりも大きな値からガス導入方向５４に向かってｄへと縮まっており、放電空間部位５２に導入されるガスの流れを縮める縮小部位５１と、図１の紙面に対して上下方向に離隔距離ｄがガス導入方向５４に沿ってＬｄの長さ続く放電空間部位５２と、図１の紙面に対して上下方向の離隔距離がｄからガス導出方向５５に向かってｄよりも大きな値へ拡大しており、放電空間部位５２から流れ出たガスの流れを拡大させて導出する拡大部位５３とを備える。縮小部位５１は例えば、縮小角度４５度を有している。拡大部位５３は例えば、拡大角度１０度を有している。縮小部位５１は、ガスを導入する導入部位の一例として機能し、拡大部位５３はオゾンを導出する導出部位の一例として機能する。

言い換えると、本実施の形態のオゾン発生装置１０は、誘電体の一方の面の一部に金属電極が設けられた一対の放電電極が誘電体の他方の面同士を対向させて配置されたオゾン発生ユニット１１と、金属電極に電圧を印加する高周波電源１とを有している。そして、オゾン発生ユニット１１は、一対の放電電極の間が酸素を含んだガスが流れるガス流路となっており、誘電体の他方の面同士の間隔が、金属電極が設けられた部位が最も狭く、ガス流路の上流側および下流側に向かって広くなっている。

放電空間部位５２は、高周波電源１が高圧電極２および接地電極３に高電圧を印加した場合に放電プラズマが発生する空間である。また放電空間部位５２は、縦、横および高さが後述するＬｄ、Ｌｗおよびｄで構成される空間である。高圧電極２は、高圧電極２の幅Ｌｄ部分が高圧側誘電体４の放電空間部位５２を構成する幅Ｌｄ部分と対向するよう配置してある。接地電極３は、接地電極３の幅Ｌｄ部分が接地側誘電体５の放電空間部位５２を構成する幅Ｌｄ部分と対向するよう配置してある。そのため本実施の形態に係るオゾン発生装置１０は、高圧側誘電体４と接地側誘電体５とで構成される空間である縮小部位５１、放電空間部位５２、および拡大部位５３のうちの放電空間部位５２で放電による電子衝突を発生させるよう構成してある。

本実施の形態に係るオゾン発生装置１０は、高圧側誘電体４と接地側誘電体５とについて、ガス導入方向５４の長さＬｄがガス導入方向５４に直角な延出方向の長さＬｗよりも小さくなるように構成してある。好ましくは、ガス導入方向５４の長さＬｄがガス導入方向５４に直角な延出方向の長さＬｗの１／１０以下となるように構成してある。また本実施の形態に係るオゾン発生装置１０は、高圧側誘電体４と接地側誘電体５との離隔距離ｄが０．２ｍｍ以下となるようにしてある。このような構成を採用することによって本実施の形態に係るオゾン発生装置１０は、後述するように、生成したオゾンが放電空間部位５２に留まる時間を短くすることができ、比較的簡単な構成でオゾン生成効率低下を抑制し得る装置となる。そのため、高圧側誘電体４と接地側誘電体５とを備えるこのような構成は、発生したオゾンが電子衝突によって分解される分解反応を抑制する分解反応抑制機構の一例として機能する。

本実施の形態に係るオゾン発生装置１０は、高周波電源１が高圧電極２および接地電極３に高電圧を印加した場合、高圧側誘電体４を介し、長さＬｄ、Ｌｗおよびｄで構成される放電空間部位５２に放電プラズマを発生する。その際、図１の矢印で示されるガス導入方向５４の方向で放電空間部位５２に導入された酸素ガスを含むガスは、発生した放電プラズマと反応し、放電空間部位５２から外部となる拡大部位５３、拡大部位５３よりも下流へと矢印で示されるガス導出方向５５の方向で導出される。

放電空間部位５２に導入された酸素ガスと放電空間部位５２に発生した放電プラズマとが反応した場合、電子衝突によって酸素ガスが解離し、酸素ラジカル（Ｏ）が生成する（Ｏ_２＋ｅ→Ｏ＋Ｏ＋ｅ：ｅは電子を示す）。生成した酸素ラジカル（Ｏ）が酸素ガスと反応した場合、オゾン発生装置１０は、放電空間部位５２内にオゾンを発生させる（Ｏ＋Ｏ_２＋Ｍ→Ｏ_３＋Ｍ、Ｍは第三体を示す）。しかしながら、生成したオゾンに対して電子衝突が生じた場合、生成したオゾンが酸素ラジカルと酸素ガスとに分解され得る（Ｏ_３＋ｅ→Ｏ＋Ｏ_２＋ｅ）。生成したオゾンに対する分解が発生した場合、オゾン発生装置から排出されるオゾンの生成効率低下が発生し得る。

ここで、酸素ラジカルからオゾンへの変換速度について検討する。酸素ラジカルがオゾンに変換されることによって減少する過程は、以下の（１）式で表される。［Ｏ］、［Ｏ_２］は、酸素ラジカル（Ｏ）および酸素ガス（Ｏ_２）の粒子密度（ｐａｒｔｉｃｌｅｓ／ｃｍ^３）を示す。ｋは、反応速度定数（ｃｍ^６／ｓ）を示す。ただし、供給ガスが酸素ガスである場合を仮定して、第三体であるＭを酸素ガス（Ｏ_２）とした。なお、ガス温度（Ｋ）をＴとした場合にｋは６．４５×１０^－３５ｅｘｐ（６６３／Ｔ）である、と報告されている。
ｄ［Ｏ］／ｄｔ ＝ －ｋ×［Ｏ］×［Ｏ_２］^２ ・・・（１）

上述した（１）式に対し、酸素ラジカル（Ｏ）からオゾン（Ｏ_３）への変換の変換時間τは、（２）式のように求められる。
τ＝１／（ｋ×［Ｏ_２］^２） ・・・（２）

図２は、ガス圧力Ｐの変化と酸素ラジカルからオゾンへの変換時間τとの関係を示すグラフである。上述した（２）式を考慮し、ガス圧力Ｐ（ｋＰａ）が変化したときの酸素ラジカル（Ｏ）からオゾン（Ｏ_３）への変換時間τ（ｓｅｃ）を示している。またグラフには、ガス温度が３００Ｋ、５００Ｋ、１０００Ｋの場合について示してある。（２）式および図２から明らかなように、オゾンへの変換時間τは、ガス圧力の２乗に反比例する。ガス温度が３００Ｋの場合、１０ｋＰａで０．２９ｍｓｅｃ、１００ｋＰａで２．９μｓｅｃとなる。また図２からも明らかなように、ガス温度が高くなった場合にオゾンへの変換時間τも長くなる、と解釈され得る。当解釈を考慮した場合、高温であって低ガス圧力の放電空間部位５２を実現することによって、酸素ラジカル（Ｏ）からオゾン（Ｏ_３）への変換時間τ（ｓｅｃ）を長くすることが可能となる。

酸素ラジカル（Ｏ）がオゾン（Ｏ_３）に変換される変換時間τよりもガスの放電空間部位５２に滞在する時間τｇ（ｓｅｃ）の方が短い場合、放電空間部位５２内で酸素ラジカルと反応した酸素ガスは、放電空間部位５２から外部となる拡大部位５３、拡大部位５３よりも下流でオゾンに変換される。本実施の形態に係るオゾン発生装置１０は、オゾンに変換される拡大部位５３には放電プラズマを意図的に発生させる機構を有しておらず、拡大部位５３よりも下流にも放電プラズマを意図的に発生させる機構を有していない。また、電子衝突を引き起こす放電空間部位５２を構成するための高圧側誘電体４と接地側誘電体５とについて、ガス導入方向５４の長さＬｄがガス導入方向５４に直角な延出方向の長さＬｗよりも小さくなるように構成してある。このような構成により、ガス導入方向５４の長さＬｄがガス導入方向５４に直角な延出方向の長さＬｗよりも大きい構成と比較し、同じ放電面積を確保しつつも、ガスが放電空間部位５２に留まることになる時間が短くなる。そのため、生成したオゾンが電子衝突によって分解される影響を抑制することが可能になる。供給するガス量をＱ（ｍ^３／ｓ）、放電空間部位５２の体積をＶ（ｍ^３）で表した場合、ガスが放電空間部位５２に滞在する時間τｇ（ｓｅｃ）はＶ／Ｑとなる。また、ガス流方向の放電長Ｌｄ、ガス流に直角方向の放電空間部位５２の放電空間長Ｌｗ、放電ギャップ長となる離隔距離ｄを用い、放電空間のガス流速をｖｇとした場合、ガスが放電空間部位５２に滞在する時間τｇ（ｓｅｃ）は、以下の（３）式のように表される。
τｇ＝Ｌｄ×Ｌｗ×ｄ／Ｑ＝Ｌｄ／ｖｇ ・・・（３）

本実施の形態に係るオゾン発生装置１０は、ガスが放電空間部位５２に滞在する時間（τｇ）＜酸素ラジカル（Ｏ）からオゾン（Ｏ_３）への変換の変換時間（τ）となるよう構成してある。τｇ＜τとなるよう構成することによって、オゾン発生装置１０は、放電空間部位５２でＯラジカルを生成し、放電空間部位５２内でＯラジカルとの反応を開始するが、反応を開始した酸素ガスが放電空間部位５２の外でオゾン（Ｏ_３）に変換される反応が促進されることになる。そのため、本実施の形態に係るオゾン発生装置１０は、生成したオゾンに対し、放電空間部位５２内での電子衝突によるオゾン分解を抑制し、比較的簡単な構成でオゾンの生成効率が高い装置となり得る。

本実施の形態のオゾン発生装置１０においては、高圧側誘電体４および接地側誘電体５が構成する放電空間部位５２の電極面のガス流方向の長さＬｄをガス流方向に対して直角方向の長さＬｗよりも短く構成してあり、好ましくは、１／１０以下の長さで構成（Ｌｄ／Ｌｗ＜０．１）してある。また、本実施の形態のオゾン発生装置１０においては、Ｌｄ×Ｌｗで構成してある放電面におけるより長いＬｗの辺側からより短いＬｄの辺の方向に沿ってガスを流すことによって、（３）式のＬｄが小さくなり、（３）式のＬｄ／ｖｇが小さくなり、放電空間部位５２滞在時間を小さく設定することが可能となる。また、本実施の形態のオゾン発生装置１０においては、放電ギャップ長となる離隔距離ｄを０．２ｍｍ以下にしてガス流速を高速化することによって、さらには縮小部位５１および拡大部位５３を備えることによりガス流速を高速化することによって、（３）式のｖｇが大きくなり、（３）式のＬｄ／ｖｇが小さくなり、放電空間部位５２滞在時間を小さく設定することが可能となる。そのため、本実施の形態に係るオゾン発生装置１０は、生成したオゾンに対し、放電空間部位５２内での電子衝突によるオゾン分解を抑制し、比較的簡単な構成でオゾンの生成効率が高い装置となり得る。つまり、縮小部位５１、放電空間部位５２、および拡大部位５３を備える上述した構成は、発生したオゾンが電子衝突によって分解される分解反応を抑制する本願の分解反応抑制機構の一例として機能する。

本実施の形態のオゾン発生装置１０においては、酸素ガスが導入される放電空間部位５２として、Ｌｄ×Ｌｗ×ｄの寸法となる開放空間が確保してある。当開放空間には、導入される酸素ガスの流れを抑制するような流れ抑制物質を意図的には配置していない。そのため、当オゾン発生装置は、放電面におけるより長いＬｗの辺側から導入された酸素ガスを可及的速やかに放電面におけるより短いＬｄ分移動させることが可能となり、比較的簡単な構成でオゾンの生成効率が高いオゾン発生装置および方法を提供することが可能になる。言い換えると、当オゾン発生装置は、放電面におけるより長いＬｗの辺側から導入された酸素ガスを可及的速やかに放電面におけるより短いＬｄ分移動させることによって、酸素ラジカルがオゾンに変換される前に放電空間部位５２から排出されて放電空間部位５２の外部でオゾンが生成されることになり、生成されたオゾンに対する放電空間部位５２内での電子衝突を抑制することができ、比較的簡単な構成でオゾンの生成効率が高いオゾン発生装置および方法を提供することが可能になる。

本実施の形態に係るオゾン発生装置１０の動作について説明する。当オゾン発生装置は、オゾン発生の原材料となる酸素ガスを含んだガスを図１の紙面に向かって左から右へ、つまり図１の矢印で示されるガス導入方向５４で導入する。当オゾン発生装置は、離隔距離が流れ方向に向かって狭まる縮小部位５１により、導入されたガスを加速する。当オゾン発生装置は、加速によるガスの速度増加を用い、放電空間部位５２におけるガス圧力を低下させる。放電空間部位５２におけるガス圧力が低下した場合、図２に示すように、酸素ラジカル（Ｏ）からオゾン（Ｏ_３）への変換時間τ（ｓｅｃ）が長くなる。当オゾン発生装置は、離隔距離が流れ方向に向かって拡大する拡大部位５３により、放電空間部位５２を通過したガスを減速する。当オゾン発生装置は、減速によるガスの速度減少を用い、静圧を回復したガスを下流方向に導出する。このような構成によって、本実施の形態に係るオゾン発生装置１０は、放電空間部位５２でのオゾンへの変換時間τを長くしつつも、放電空間部位５２のガス流速が速くなり、ガスの放電空間部位５２に滞在する時間τｇを短くすることが可能となる。つまり、放電空間部位５２を用いて放電を行う工程がガスに対し放電で電子衝突を生じさせる放電工程の一例として機能し、拡大部位５３からガスを導出する工程がオゾンを導出部から導出する導出工程の一例として機能し、縮小部位５１、放電空間部位５２、および拡大部位５３を用いて実行される上述した工程が、発生したオゾンが電子衝突によって分解される分解反応を抑制する本願の分解反応抑制工程の一例として機能する。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係るオゾン発生装置の構成を示す模式図である。本実施の形態のオゾン発生装置は、１つの高周波電源に対して複数のオゾン発生ユニットが並列に接続されている。

図３に示すように、本実施の形態のオゾン発生装置１０の高周波電源１は、単相インバータ回路１２と周波数制御回路１３とで構成されている。周波数制御回路１３は、単相インバータ回路１２の駆動回路を含んでおり、単相インバータ回路１２から出力される電源周波数を制御している。単相インバータ回路１２の出力端子には複数のオゾン発生ユニット１１が並列に接続されている。それぞれのオゾン発生ユニット１１の高圧電極２と単相インバータ回路１２の出力端子との間にはリアクトル１４がそれぞれ接続されている。それぞれのオゾン発生ユニット１１の接地電極３の電位は、すべて接地電位に設定されている。本実施の形態においては、これ以降、５つのオゾン発生ユニットが並列に接続されたオゾン発生装置について説明する。

それぞれのオゾン発生ユニット１１においては、高圧側誘電体４および接地側誘電体５を介して高圧電極２と接地電極３との間に交流放電（バリア放電）が発生する。なお、接地側誘電体５は必ずしも必要ではなく、接地電極３のみでもよい。各オゾン発生ユニット１１においては、高圧電極２と接地電極３との間の容量成分（Ｃ）とリアクトル１４のインダクタンス成分（Ｌ）との共振によって放電空間部位にパルス状のエネルギーが注入される。なお、高圧電極２と接地電極３との間の容量成分は、主に高圧側誘電体４の容量成分と接地側誘電体５の容量成分とで決まる。

すなわち、高周波電源１の電源周波数ｆが以下の（４）式を満足するときに、放電空間部位にパルス状のエネルギーが注入される。
ｆ＝１／２π√（Ｌ×Ｃ） ・・・（４）

本実施の形態のオゾン発生装置１０においては、５つのオゾン発生ユニット１１にそれぞれ接続されるリアクトル１４のインダクタンスをそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５とすると、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４＞Ｌ５となるように設定されている。５つのオゾン発生ユニット１１における高圧電極２と接地電極３との間の容量成分（Ｃ）はほぼ同じに設定されている。

このように構成されたオゾン発生装置１０においては、インダクタンスがＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５のリアクトル１４にそれぞれ接続されたオゾン発生ユニット１１の共振周波数をそれぞれｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５とすると、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４＜ｆ５となる。

図４は、本実施の形態における高周波電源１の電源出力の波形と５つのオゾン発生ユニット１１にそれぞれに注入される放電電力との関係を示した説明図である。図４の上部に示した波形１５は、高周波電源の電源出力の波形である。図４の下部に示した図は、５つのオゾン発生ユニットにそれぞれ注入される放電電力の波形である。ここで、波形１５で示す電源出力の１周期の時間は、並列に接続されたオゾン発生ユニット１１の数をｎとすると、ｎに各オゾン発生ユニット１１でパルス状に発生する放電の時間τｄを乗算した時間ｎ×τｄに設定されている。この時間τｄは、ガスが放電空間部位に滞在する時間τｇよりも短く、（２）式で示した酸素ラジカル（Ｏ）からオゾン（Ｏ_３）への変換の変換時間τと同程度に設定されている。また、電源出力の１周期の時間ｎ×τｄは、τｇと同程度に設定されている。τｄ≒τおよびｎ×τｄ≒τｇを満足するように、電源出力の１周期の時間および１周期の間の電源周波数の変化量が設定されている。

高周波電源の電源出力は、図４の波形１５に示すように、周波数制御回路１３によって１周期の間に周波数が変化するように制御される。電源周波数が変化するにしたがって、５つのオゾン発生ユニット１１の内、電源周波数と共振周波数とが一致したオゾン発生ユニット１１に電源出力の電力が集中して注入される。電源出力は、図４の波形１５に示すように、１周期の間に周波数が増加するように制御される。そうすると共振周波数が低いオゾン発生ユニットから順に電源周波数と共振周波数とが一致することになる。ここで、５つのオゾン発生ユニット１１において、共振周波数が低いオゾン発生ユニットから順にユニット１、ユニット２、ユニット３、ユニット４およびユニット５と称する。図４に示すように、電源出力の波形１５の１周期の間において、最初に共振周波数が低いユニット１に電力が注入されて時間τｄの間だけこのユニット１で放電が発生する。電源周波数が増加するにしたがって、ユニット２、ユニット３、ユニット４、ユニット５の順に放電が発生する。電源出力の１周期が終了すると、次の周期において再びユニット１、ユニット２、ユニット３、ユニット４、ユニット５の順に放電が発生する。このようにして、５つのオゾン発生ユニット１１の順次放電が周期的に発生する。

１つのオゾン発生ユニット１１においては、電源周波数と共振周波数とが一致したときに放電が時間τｄの間発生し、その間に酸素分子の解離による酸素ラジカルの生成が起こる。その後、放電が停止している間に酸素ラジカルからオゾンが生成され、同時にガス流によって放電空間部位の外にガスが排出される。図４に示すように、１つのオゾン発生ユニット１１においては、５×τｄ時間経過後に次の放電が発生する。

このように構成されたオゾン発生装置においては、１つの高周波電源に対して複数のオゾン発生ユニットが並列に接続されており、それぞれのオゾン発生ユニットにはパルス状に電力が供給されている。そのため、電源自体は休止する期間が存在しないので電源容量を常時使い切ることができ、安価な電源システムでオゾン発生装置を構成することができる。

なお、本実施の形態のオゾン発生装置においては、５つのオゾン発生ユニット１１にインダクタンスが異なる５つのリアクトルをそれぞれ接続している。別の構成として、単相インバータ回路１２の出力端子に最も小さいインダクタンスＬ５のリアクトルを直列に接続し、Ｌ５との差分がそれぞれ異なるインダクタンスをもつリアクトルをそれぞれのオゾン発生ユニット１１に接続してもよい。このように構成することで、それぞれのリアクトルのインダクタンスを小さくすることができるので、オゾン発生装置を小型にすることができる。

本実施の形態のオゾン発生装置においては、オゾン発生ユニットが５つ並列に接続されている。並列に接続されるオゾン発生ユニットの数は２以上であればよい。並列に接続されるオゾン発生ユニットの数をｎとした場合、高周波電源の電源出力の１周期の時間は、ｎ×τｄに設定される。

本実施の形態のオゾン発生装置においては、電源出力は１周期の間に周波数が増加するように制御されている。電源出力は１周期の間に周波数が減少するように制御されてもよい。電源出力が１周期の間に周波数が減少するように制御された場合、電源周波数と共振周波数とが一致するオゾン発生ユニットの順番が逆になるだけである。

本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 高周波電源、２ 高圧電極、３ 接地電極、４ 高圧側誘電体、５ 接地側誘電体、１０ オゾン発生装置、１１ オゾン発生ユニット、１２ 単相インバータ回路、１３ 周波数制御回路、１４ リアクトル、１５ 波形、５１ 縮小部位、５２ 放電空間部位、５３ 拡大部位、５４ ガス導入方向、５５ ガス導出方向。

Claims (1)

1. ガス流方向に導入される酸素を含んだガスを用いてオゾンを発生させるオゾン発生装置において、
   前記ガスに対して放電で電子衝突を生じさせる放電空間部位と、
   前記放電空間部位が前記電子衝突を行って前記ガスに含まれる前記酸素から変換され発生した前記オゾンを導出する導出部位と、
   発生した前記オゾンが前記電子衝突によって分解される分解反応を抑制する分解反応抑制機構とを備え、
   前記分解反応抑制機構は、
   前記放電空間部位を構成する離隔した配置された高圧側誘電体および接地側誘電体と、
   前記放電空間部位の間に印加を行う前記高圧側誘電体に接続した高圧電極および前記接地側誘電体に接続した接地電極とを備え、
   前記ガス流方向における前記高圧電極および前記接地電極の幅Ｌｄを、前記ガス流方向に直角な方向における前記高圧電極および前記接地電極の長さＬｗよりも短く構成してあり、
   前記放電空間部位は、前記高圧側誘電体と前記接地側誘電体とのギャップとして構成してあり、
   前記高圧側誘電体と前記接地側誘電体との間に、
   前記高圧側誘電体と前記接地側誘電体との離隔する距離が離隔距離ｄで前記ガス流方向に対して直角な方向へ前記長さＬｗで続く前記放電空間部位と、
   前記放電空間部位の前記ガス流方向における上流側に位置し、前記ガス流方向に沿って前記距離が前記離隔距離ｄへと縮小する縮小部位と、
   前記放電空間部位の前記ガス流方向における下流側に位置し、前記ガス流方向に沿って前記距離が前記離隔距離ｄから拡大する拡大部位とを備え、
   前記縮小部位の縮小角度は４５度であり、
   前記拡大部位の拡大角度は１０度である
   ことを特徴とするオゾン発生装置。

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