JP2012176868A - オゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電空間への酸素供給を容易にし、強力な送気装置を用いる必要性を抑えたオゾン発生装置の提供を図る。
【解決手段】オゾン発生装置１は、互いに間隔を隔てて対向する誘電体板３，５と、誘電体板３の上面に設けられた駆動電極２と、誘電体板５の下面に設けられた駆動電極６と、駆動電極２と駆動電極６との間に駆動電圧を印加する駆動電圧源７と、を備える。誘電体板３および駆動電極２が積層された積層体は、積層方向に撓み振動自在に構成され、その固有振動数の２次共振モードになる周波数で、駆動電圧源７が駆動電極２と駆動電極６との間に駆動電圧を印加する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、誘電体バリア放電を利用してオゾンを発生させるオゾン発生装置に関するものである。

従来のオゾン発生装置として、放電室を誘電体材料で構成し、誘電体材料を介して放電室に駆動電圧を印加するものがある（例えば特許文献１参照。）。図１は、従来のオゾン発生装置の構成を説明する図である。

オゾン発生装置１００は、第１金属板１０１、第２金属板１０２、第１硝子板１０３、第２硝子板１０４、および、スペーサ１０５を備える。第１金属板１０１は第１硝子板１０３上に配置され、第２金属板１０２は第２硝子板１０４上に配置される。第１硝子板１０３と第２硝子板１０４とはスペーサ１０５を介して接合されて、放電室を構成する。第１金属板１０１と第２金属板１０２との間には駆動電圧が印加されることにより放電室で放電が生じてオゾンが発生する。放電室は壁面に形成される第一の通気孔を介して送気装置に接続され、第二の通気孔を介してオゾンを排出可能に構成されている。第１硝子板１０３と第２硝子板１０４とは誘電体であり、このような放電空間に露出する誘電体を介して生じる放電現象は誘電体バリア放電と呼ばれる。

特許第２９８３１５３号公報

従来のオゾン発生装置は、放電室での壁面間隔が著しく狭いために気体の粘性の影響で送気が阻害され、放電室への酸素の供給が不足してオゾンの発生効率が低下することや、酸素の供給が絶たれてオゾンの生成が停止することがあった。そのため、出力の大きな送気装置と合わせて使用する必要があり、装置の全体サイズが大型化し、また送気装置の分だけコストが増大していた。

そこで、本発明の目的は、放電空間への酸素供給が容易で、出力の大きな送気装置を用いる必要性を抑えることができる、オゾン発生装置を提供にすることにある。

本発明に係るオゾン発生装置は、第一・第二の誘電体板と、第一・第二の駆動電極と、駆動電圧印加部と、を備える。第一・第二の誘電体板は、放電空間を隔てて対向する。第一の駆動電極は、第一の誘電体板を隔てて放電空間に対向する。第二の駆動電極は、第二の誘電体板を隔てて放電空間に対向する。駆動電圧印加部は、第一の駆動電極と第二の駆動電極との間に駆動電圧を印加する。ここで、少なくとも第一の誘電体板および第一の駆動電極の積層体は、積層方向に撓み振動自在に構成される。駆動電圧は、積層体の固有振動数になる周波数、または、その高次モードになる周波数の高周波信号である。
この構成では、高周波信号である駆動電圧の印加によって、第一の駆動電極と第二の駆動電極との間に静電力が作用して、第一の誘電体板および第一の駆動電極の積層体が積層方向に撓み振動する。すると、放電空間において誘電体バリア放電が生じるとともに、放電空間の体積変動が生じる。この体積変動により放電空間で気流が生じて酸素の供給が容易になる。

上述のオゾン発生装置において、放電空間は周縁部で外部空間と連通するとともに、第一の誘電体板または第二の誘電体板の基板中央に形成された貫通孔で外部空間と連通すると好適である。
この構成では、放電空間で気流がより強く生じて高濃度のオゾンを得やすくなる。

上述のオゾン発生装置において、駆動電圧は、積層体の固有振動数の２次共振モードになる周波数の高周波信号であると好適である。
この構成では、放電空間で気流がより強く生じてさらに高濃度のオゾンを得やすくなる。

本発明によれば、高周波信号である駆動電圧によって、第一の駆動電極と第二の駆動電極との間に静電力が作用し、第一の積層体が積層方向に撓み振動する。すると、第一・第二の誘電体板の間の放電空間において、誘電体バリア放電が生じるとともに放電空間の体積変動が生じ、放電空間で気流が生じて酸素の供給が容易になって高濃度のオゾンを得やすくなる。これにより、オゾン発生装置を強力な送気装置に接続する必要性を抑えることができ、全体サイズの小型化や全体コストの低廉化が可能になる。

従来のオゾン発生装置の構成例を説明する図である。 本発明の実施形態に係るオゾン発生装置の構成例を説明する図である。 実施例における積層体の２次共振モードでの振動状態を説明する図である。 実施例における積層体の１次共振モードでの振動状態を説明する図である。

図２は実施形態に係るオゾン発生装置１の構成例を説明する要部図であり、図２（Ａ）は断面図、図２（Ｂ）は平面図である。
オゾン発生装置１は、上側駆動電極２、上側誘電体板３、スペーサ４、下側誘電体板５、下側駆動電極６、駆動電圧源７、および、実装基板８を備える。

上側誘電体板３は平面視して正方形状である。上側駆動電極２は上側誘電体板３の上面に正方形で形成され、上側誘電体板３とともに上側積層体を構成する。この上側積層体の平面視した中央近傍には貫通孔９が形成される。

下側誘電体板５は、上側誘電体板３と同様に正方形状である。下側駆動電極６は下側誘電体板５の下面全面に形成され、下側誘電体板５とともに下側積層体を構成する。下側積層体は実装基板８の上面に実装される。また下側誘電体板５は、平面視して上面の四隅にスペーサ４が設けられ、スペーサ４を介して上側誘電体板３と接合される。なお、スペーサ４は下側誘電体板５と一体に成形されても、別体に成形されてもよい。

駆動電圧源７は、上側駆動電極２と下側駆動電極６との間に駆動電圧を印加する。駆動電圧としては、上側積層体の固有振動数の２次共振モードになる周波数が好適である。

このオゾン発生装置１では、上側駆動電極２と下側駆動電極６とが放電空間を介して対向し、上側駆動電極２または下側駆動電極６と放電空間との間に上側誘電体板３と下側誘電体板５とが設けられる。したがって、上側駆動電極２と下側駆動電極６とへの駆動電圧の印加により、放電空間において誘電体バリア放電が生じてオゾンが発生する。この放電空間は、上側誘電体板３と下側誘電体板５との外縁部および貫通孔９で外部空間と通気し、誘電体バリア放電により発生するオゾンは、外部空間に排出される。

また、上記構成では、上側積層体がメンブレン構造となり、駆動電圧の印加により上側駆動電極２と下側駆動電極６との間に静電力が作用し、上側誘電体板３が撓み振動する。通常、この撓み量は極微小であるが、本実施形態では上側積層体の固有振動数の２次共振モードとなる周波数の高周波信号を駆動電圧として印加するため、上側誘電体板３の撓み量を最大化することができる。すると、放電空間の体積が変動し、放電空間に気流が発生することになる。これにより、放電空間に外部空間から供給される酸素が不足しにくくなり、一定のオゾン発生効率を確保し易くなる。

次に、本実施形態の構成をより具体化した実施例について説明する。実施例に係るオゾン発生装置では、上側誘電体板３を１０ｍｍ×１０ｍｍの石英製で、厚み４５０μｍの寸法とし、貫通孔９をφ１ｍｍとした。また、スペーサ４を高さ５０μｍとした。また、下側誘電体板５を平面視して１０ｍｍ×１０ｍｍの石英製とした。なお、下側誘電体板５は厚み数１０〜数１００μｍであると好適であり、上側誘電体板３は厚み１００〜５００μｍであると好適である。

図３は、実施例に係るオゾン発生装置における上側積層体の撓み振動の解析結果を示す図である。なお、図３（Ａ）は貫通孔を設けない構成例についての解析結果を示し、図３（Ｂ）は貫通孔を設けた構成例についての解析結果を示している。この実施例では固有振動数の２次共振モードとなる周波数が４７．５ｋＨｚであり、駆動電圧を同周波数の正弦波信号とした。
すると、いずれの構成でも、基板中央を挟んで一方の領域１１と他方の領域１２とのそれぞれに振動の腹が生じ、基板中央が振動の節となり、各領域１１，１２の振動の位相が１８０°異なる２次共振モードが生じることが確認できた。貫通孔を設けない図３（Ａ）の構成例では撓み量が−２３０〜＋２３０μｍであり、貫通孔を設ける図３（Ｂ）の構成例では撓み量が−２２０〜＋２２０μｍであった。このような２次共振モードの撓み振動が生じることで、各領域１１，１２では放電空間の体積が大きく変動し、放電空間に気流が生じることになる。なお、上記実施例について実機での試験を行ってオゾン発生濃度を確認すると、貫通孔を設けた図３（Ｂ）の構成例のほうがより高濃度であることが確認できた。

また、本実施例のオゾン発生装置で、上側積層体を１次共振モードで振動させた場合の解析も実施した。図４は、１次共振モードで振動させた場合の上側積層体の撓み振動の解析結果を示す図である。なお、図４（Ａ）は貫通孔を設けない構成例についての解析結果を示し、図４（Ｂ）は貫通孔を設けた構成例についての解析結果を示している。この実施例では固有振動数の１次共振モードとなる周波数が２４．３ｋＨｚであり、駆動電圧は同周波数の正弦波信号とした。
すると、いずれの構成でも、基板中央の領域２１に振動の腹が生じ周縁部のスペーサ４に重なる領域２２が振動の節となる１次共振モードが生じることが確認できた。貫通孔を設けない図３（Ａ）の構成例では領域２１での振幅が１８８μｍであり、貫通孔を設ける図３（Ｂ）の構成例では領域２１での振幅が１９５μｍであった。このような１次共振モードの撓み振動が生じても、中心の領域２１で放電空間の体積が大きく変動することから、放電空間には気流が生じることになる。ただし、この実施例においては、１次共振モードで振動させた場合のほうが撓み量が小さく、撓み量の確保と放電空間における体積変動量の確保の面からは２次共振モードで振動させるほうが有利であった。

したがって、オゾン発生装置１においては固有振動数となる周波数、または高次共振モードとなる周波数の駆動電圧を用いることで、放電空間における気流を発生させて、酸素の供給量を改善できるといえる。

なお、上記した実施形態はあくまで例示であり、本発明の作用効果は特許請求の範囲の構成であれば、どのような構成であっても得ることができる。例えば、スペーサを四隅に設けるほかにも対向する２辺に沿って設けるようにしてもよい。また、積層体は平面視して矩形状の他、円形状など他の形状であってもよい。また、貫通孔は上側積層体に形成する他、下側積層体および実装基板に形成するようにしてもよい。

１…オゾン発生装置
２…駆動電極
２…上側駆動電極
３…上側誘電体板
４…スペーサ
５…下側誘電体板
６…下側駆動電極
７…駆動電圧源
８…実装基板
９…貫通孔

Claims (3)

1. 放電空間を隔てて対向する第一・第二の誘電体板と、
   前記第一の誘電体板を隔てて前記放電空間に対向する第一の駆動電極と、
   前記第二の誘電体板を隔てて前記放電空間に対向する第二の駆動電極と、
   前記第一の駆動電極と前記第二の駆動電極との間に駆動電圧を印加する駆動電圧印加部と、
   を備え、
   少なくとも、前記第一の誘電体板および前記第一の駆動電極の積層体は、積層方向に撓み振動自在に構成され、
   前記駆動電圧は、前記積層体の固有振動数になる周波数、または、その高次共振モードになる周波数の高周波信号である、オゾン発生装置。
2. 前記放電空間は、前記第一・第二の誘電体板の間の周縁部で外部空間と連通するとともに、前記第一の誘電体板または前記第二の誘電体板の基板中央に形成された貫通孔で外部空間と連通する、請求項１に記載のオゾン発生装置。
3. 前記駆動電圧は、前記積層体の固有振動数の２次共振モードになる周波数の高周波信号である、請求項２に記載のオゾン発生装置。