JPH09235105A - セラミックオゾナイザー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転時間の経過とともに誘電体のセラミック
の表面に金属酸化物が堆積するなどにより性能変化が起
こることを防止し、オゾン発生量が減少することを防止
するようにする。 【解決手段】 セラミックからなる誘電体層（陰極）３
１，３２が相対向して配置され、これらの間には放電空
間５が形成され、この放電空間５には陽極４が配置さ
れ、放電空間５の一方の側には原料ガス供給管５１、他
方の側にはオゾンガス取り出し管５２が接続され、誘電
体層３１，３２の相対向する面（誘電体層の放電面）に
はイオン注入によって１×１０¹⁴〜１×１０¹⁷ｉｏｎｓ
／ｃｍ²の金属あるいは金属酸化物が注入された表面層
３３，３４が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、セラミックオゾ
ナイザーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、オゾン発生装置（オゾナイザー）
として、陽極と陰極とがそれぞれ少なくとも１つそれら
の間に放電空間が形成されるように相対向して配置さ
れ、この放電空間に酸素、空気などを流すことによりオ
ゾンを発生させるようにしたものが知られている。そし
て金属あるいは金属酸化物を陽極としたオゾナイザーの
場合、均一な放電を発生させるためにセラミックの誘電
体層を陽極表面との間に所定の間隔をもって対向配置
し、この誘電体層を介して数ｋＶの電圧を印加するよう
にしている。またこの誘電体層を形成するセラミックと
しては、アルミナが安価で入手しやすいために広く利用
されている。このセラミックの誘電体層を利用したオゾ
ナイザーとして、例えば特開昭５１−１２６９９５号公
報では、誘電体のセラミックとして７０〜９５％アルミ
ナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、＜２５％ＳｉＯ₂、＜１０％ＣａＯ，
ＭｇＯのセラミックを採用したものが開示されている。
またアルミナは高温になると、オゾンの分解触媒として
作用することも知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のオゾナイザーに
おいては、放電空間に発生したプラズマにより陽極がス
パッタされ、陽極を構成する金属がイオン化することに
なる。この金属イオンは上記電圧で直ちにセラミック側
に加速され、注入が開始される。また一部は酸素と反応
して金属酸化物となり、セラミック表面への堆積が始ま
る。そしてこれにより誘電体の表面状態が変化すると、
オゾン発生量が変化することになる。

【０００４】一般に、セラミックを使用したオゾナイザ
ーでは、セラミックの最表面あるいは最表面から数千Å
程度の深さまでの性状によって性能変化を起こす。すな
わち、運転時間の経過とともにセラミックの表面に金属
酸化物が堆積し、あるいは１０００Å程度の深さまで金
属による汚染などが進み、これによってオゾン発生量が
変化することになる。

【０００５】上記オゾナイザーは、水処理や食品の殺
菌、消毒などの種々の用途に利用されているが、これら
の用途においては、オゾン発生量が経時的に変化するこ
とは好ましくなく、したがってこれに対する対策が必要
となる。

【０００６】この発明は、このような従来の課題を解決
するためになされたものであり、運転時間の経過ととも
に誘電体のセラミックの表面に金属酸化物が堆積するな
どして性能変化が起こることを防止し、オゾン発生量が
変化することを防止するようにしたセラミックオゾナイ
ザーを提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、電極
間に放電空間が形成され、この放電空間にはセラミック
の誘電体層が配置されているオゾナイザーにおいて、誘
電体層の放電面にはイオン注入によって１×１０¹⁴〜１
×１０¹⁷ｉｏｎｓ／ｃｍ²の金属あるいは金属酸化物が
注入されているものである。

【０００８】請求項１の発明では、セラミックにオゾン
を注入することによりオゾンの発生が効率よくなされる
とともに、運転時間の経過による誘電体層の表面状態の
変化が小さく、長期間良好にオゾンを発生させることが
できる。

【０００９】請求項２の発明は、電極間に放電空間が形
成され、この放電空間にはセラミックの誘電体層が配置
されているオゾナイザーにおいて、上記誘電体層の放電
面にはＣＶＤ、ＡＩＰなどにより金属あるいは金属酸化
物の蒸着膜が形成されているものである。

【００１０】請求項２の発明では、イオン注入の場合と
同様にオゾンの発生が効率よくなされるとともに、運転
時間の経過による誘電体層の表面状態の変化が小さく、
長期間良好にオゾンを発生させることができる。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、陽極はチタンで構成され、陰極側の誘電体はチタン
あるいはチタン合金がイオン注入されているものであ
る。

【００１２】請求項３の発明では、陽極および誘電体層
はオゾンに対する耐食性に優れているために、装置を長
期間良好な状態に保つことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１において、オゾナイザー１は
一対の平板状のフレーム１１，１２と、それらにそれぞ
れ取付けられたセラミックからなる誘電体層３１，３２
と、この誘電体層３１，３２間に配置された陽極４とを
備えている。上記フレーム１１，１２は互いに対向して
配置され、これらの相対向する面にはその周縁部にシー
ル材１３が介在されることにより上記誘電体層３１，３
２が取付けられてこの誘電体層３１とフレーム１１との
間、および誘電体層３２とフレーム１２との間に冷却水
用通路１４，１５がそれぞれ形成されている。図１のオ
ゾナイザーの例では、この冷却水用通路１４，１５を通
る冷却水が陰極として利用される。勿論、公知のように
金属板で陰極を構成してもよい。またフレーム１１，１
２の周縁部間には誘電体層３１，３２を囲むようにスペ
ーサ１６が介在されて誘電体層３１と３２とが互いに所
定の間隔を保つように保持され、スペーサ１６には一方
の側に原料ガス供給管５１が取付けられ、他方の側には
オゾンガス取り出し管５２が取付けられている。

【００１４】陽極４は両表面に凹凸部を有しており、そ
の凸部が誘電体層３１，３２に接している。陽極４と陰
極（冷却水）との間に形成される放電空間５は、図１の
オゾナイザーの場合、放電空間５内に配置される誘電体
層３１，３２が陽極４の凸部と陰極とに接しているた
め、実質上陽極４の凹部のみに存在することとなる。な
お、この凹部は陽極４両端間で原料ガスおよびオゾンガ
スが流通可能に連続して形成されていることは当然であ
る。

【００１５】陽極４と冷却水用通路１４，１５とには電
源４０が接続されている。また誘電体層３１，３２の相
対向する面にはそれぞれ金属または金属酸化物がイオン
注入された表面層３３，３４が形成されている。上記誘
電体層３１，３２を構成するセラミックおよびそれに対
する注入イオン種としては、種々のものが採用可能であ
り、例えばセラミックとしては９６％Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ
₂などがあり、また注入イオン種としてはＴｉ，Ｍｎ，
Ｐｄ，Ｐｔなどが挙げられる。とくにＴｉあるいはＴｉ
合金はオゾンに対して耐食性が優れているために、陽極
材料として好適であり、また陽極４にＴｉを採用した場
合には、誘電体層３１，３２にはチタンあるいは酸化チ
タンをイオン注入することが好ましい。誘電体層３１，
３２には陽極４と同一の材料をイオン注入すると、運転
時間の経過による表面状態の変化を抑えることができる
からである。但し、誘電体としてアルミナを使用する場
合には、アルミニウム以外の金属あるいは金属酸化物を
注入することが好ましく、これによってオゾン分解触媒
の作用を抑えてオゾン生成量を増加させることができ
る。

【００１６】ここで代表的な組合わせとして、９６％Ａ
ｌ₂Ｏ₃の誘電体層にＴｉをイオン注入した場合について
説明する。

【００１７】９６％Ａｌ₂Ｏ₃の誘電体層に対して、加速
電圧７０ｋＶでＴｉをイオン注入し、ドーズ量５×１０
¹⁶ｉｏｎｓ／ｃｍ²、表面の抵抗値２０ＭΩとした。こ
こにドーズ量はターゲット中心における量を示し、また
表面の抵抗値はターゲット中心付近の１ｃｍ間隔の抵抗
を示している。このイオン注入を誘電体層に行なったオ
ゾナイザーと、イオン注入を行なわないオゾナイザーと
を用いてオゾンを発生させ、それらの比較を行なったと
ころ、図４に示す結果となった。図４において横軸はオ
ゾナイザーでの印加電圧、縦軸はオゾン濃度の最大値を
示し、＋印はイオン注入を行なわなかったもの、＊印は
イオン注入を行なったものをそれぞれ示している。これ
より明らかなように、イオン注入を行なうことにより、
最大オゾン生成量が大幅に増大していることがわかる。

【００１８】なお、ドーズ量をあまり大きくすると、誘
電体の表面抵抗が低下して放電部における均一な抵抗が
確保できなくなるため、ドーズ量は５×１０¹⁶ｉｏｎｓ
／ｃｍ²程度が好ましい。例えば、ドーズ量を１．５×
１０¹⁷ｉｏｎｓ／ｃｍ²とすると、誘電体層の表面の抵
抗が１０ＭΩ程度に低下し、良好な放電状態が得られな
かった。またドーズ量が低すぎても充分な効果は発揮さ
れず、したがってドーズ量は１×１０¹⁴〜１×１０¹⁷ｉ
ｏｎｓ／ｃｍ²の範囲にすることが好ましい。

【００１９】また上記図１の誘電体層にはイオン注入に
より表面層３３，３４を形成させる代わりに、ＣＶＤま
たはＡＩＰなどの手法により金属または金属酸化物の蒸
着膜を形成させてもよい。この場合も、陽極と同じ材料
で蒸着膜を形成させると、運転時間の経過による表面状
態の変化を抑えることができるので好ましい。

【００２０】図２はオゾナイザーの別の実施形態を示
し、オゾナイザー７は、平板状の陽極４１とこの陽極４
１の面上に取付けられたセラミックからなる誘電体３５
とを備え、この誘電体３５は複数本の帯状体が互いに平
行に並べられてなり、これら誘電体層３５にはそれぞれ
上記同様に金属または金属酸化物のイオン注入がなさ
れ、あるいはＣＶＤまたはＡＩＰにより金属または金属
酸化物の蒸着膜を表面に形成させる。そしてこれらを覆
って陽極４１と誘電体３５との上面に放電空間を形成す
るようにフレーム１８が設けられている。この構成で
は、陽極４１と誘電体層３５との間に沿面放電がなされ
る。

【００２１】図３はオゾナイザーのさらに別の実施形態
を示し、オゾナイザー８は、セラミックからなる円筒状
の誘電体３６と、この誘電体３６に挿入された円筒状の
陽極４２を備えている。この誘電体３６の内周面と陽極
４２の外周面との間には均一な隙間が形成されてこの隙
間により放電空間が構成され、また誘電体３６の内面に
は上記同様に金属または金属酸化物のイオン注入がなさ
れ、あるいはＣＶＤまたはＡＩＰにより金属または金属
酸化物の蒸着膜が形成されている。

【００２２】上記図２および図３の構成においても、図
１の構成のものと同様の作用効果が達成される。またオ
ゾナイザーの装置構成は図１〜図３のものに限られるも
のではなく、この発明はあらゆる構成のオゾナイザーに
適用することができる。

【００２３】

【発明の効果】請求項１の発明では、セラミックにオゾ
ンを注入することによりオゾンの発生が効率よくなされ
るとともに、運転時間の経過による誘電体層の表面状態
の変化が小さく、長期間良好にオゾンを発生させること
ができる。

【００２４】請求項２の発明では、イオン注入の場合と
同様にオゾンの発生が効率よくなされるとともに、運転
時間の経過による誘電体層の表面状態の変化が小さく、
長期間良好にオゾンを発生させることができる。

【００２５】請求項３の発明では、陽極および誘電体層
はオゾンに対する耐食性に優れているために、装置を長
期間良好な状態に保つことができ、装置のメンテナンス
の回数を大幅に減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態を示すオゾナイザーの断面
説明図である。

【図２】この発明の他の実施形態を示すオゾナイザーの
斜視説明図である。

【図３】この発明のさらに別の実施形態を示すオゾナイ
ザーの斜視説明図である。

【図４】この発明の装置によるオゾン発生効率の従来装
置との比較表である。

【符号の説明】

１，７，８ オゾナイザー ４，４１ 陽極 ５ 放電空間 ３１，３２，３５，３６ 誘電体層 ３３，３４ イオン注入された表面層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷岡 隆 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極間に放電空間が形成され、この放電
   空間にはセラミックの誘電体層が配置されているオゾナ
   イザーにおいて、誘電体層の放電面にはイオン注入によ
   って１×１０¹⁴〜１×１０¹⁷ｉｏｎｓ／ｃｍ²の金属あ
   るいは金属酸化物が注入されていることを特徴とするセ
   ラミックオゾナイザー。
2. 【請求項２】 電極間に放電空間が形成され、この放電
   空間にはセラミックの誘電体層が配置されているオゾナ
   イザーにおいて、上記誘電体層の放電面にはＣＶＤ、Ａ
   ＩＰなどにより金属あるいは金属酸化物の蒸着膜が形成
   されていることを特徴とするセラミックオゾナイザー。
3. 【請求項３】 陽極はチタンで構成され、陰極側の誘電
   体はチタンあるいはチタン合金がイオン注入されている
   ことを特徴とする請求項１記載のセラミックオゾナイザ
   ー。