JPH1111911A - オゾン発生方法およびオゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応ガスとして主に空気を使用するオゾン発
生装置の効率化を図り、高濃度オゾンを高効率で生成で
きる高性能オゾン発生方法およびオゾン発生装置を提供
する。 【解決手段】 供給された酸素ガスを大気圧以下の所定
の低圧力下で解離させて酸素原子を含む第１のガスを生
成する酸素原子生成工程と、上記酸素原子生成工程で生
成された酸素原子を含む第１のガスと酸素を含む第２の
ガスをよく混合した後に、上記酸素原子生成工程より高
い圧力下で反応させてオゾンを生成するオゾン生成工程
とからなる構成とした。さらに、低濃度の酸素原子を複
数回に分けて反応ガスと混合し、累積的に生成されるオ
ゾンの濃度を高めることによって、高濃度域においても
高効率でオゾン発生が出来るように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放電を利用したオゾ
ン発生方法およびオゾン発生装置に関し、特に効率よく
オゾンを発生させるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】２４図は例えば特公昭５９−４８７６１
号公報に示された従来の無声放電式オゾン発生装置の概
略構成を示す断面図である。図において、４１は内部に
冷却水入口４９と冷却水出口５０を有する接地金属管４
２を形成し、所定位置に空気または酸素などの原料空気
入口５１とオゾン気体出等の誘電体からなる高電圧電極
管で、これの内周面には導電被膜４５が形成されてい
る。４６は給電線４７からブッシング４８を経て上記導
電被膜４５に交流高電圧を印加する給電子である。な
お、このような従来のオゾン発生装置においては、上記
接地金属管４２と高電圧電極管４４は、オゾン発生容量
によって多数組のものが缶体４１に形成されることは言
うまでもない。

【０００３】次に動作について説明する。従来のオゾン
発生装置は上記のように構成されおり、上記高電圧電極
管４４に交流高電圧を印加すると、放電間隙４３に無声
放電と呼ばれる穏やかなグロー放電が生じ流入した原料
空気がオゾン化され、このオゾンを含むガスはオゾン気
体出口５２から取り出される。前記放電空隙４３では、
放電による発熱があるため有効に冷却してやらないと放
電空隙４３のガス温度が上昇し、オゾン発生量が減少す
る。このため接地金属管４２が冷却水により冷却され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】酸素原子（Ｏ）とオゾ
ン（Ｏ₃ ）を放電空間内で同時に発生させる従来の無声
放電式オゾン発生装置では、放電空間をオゾン生成に必
要な高圧力、低温に維持することが必要とされる。従来
の無声放電式オゾン発生装置は放電空間を低温に保つた
め、放電空間のギャップを短くして、接地、高圧両電極
の一方もしくは両方を水冷するような構造であった。放
電空間の短ギャップ化に関しては、円筒形の電極で短ギ
ャップを一様に形成するためには放電管および金属電極
管の加工精度が重要となり、装置の初期コストが高くな
るという問題があった。また、電極を冷却するために電
極構造が制限されるなどにより装置が複雑であった。さ
らに電極が冷却されていても、オゾンの生成効率を考慮
すれば放電空間の温度は少なくとも３５０Ｋ以下に抑え
る必要があるため、高電力密度（放電電力／放電面積）
を投入することが困難であり、装置のコンパクト化を実
現することが不可能であった。

【０００５】無声放電式オゾン発生装置では放電場内で
オゾンを生成するので、生成されたオゾンは放電空間に
存在する電子と衝突し、以下に示す反応式からわかるよ
うに再び分解される。 Ｏ₃ ＋e →Ｏ＋Ｏ₂ ＋e 上記の反応の速度は電子エネルギーの関数であり、放電
場での電子衝突による酸素分子の解離速度、すなわち酸
素原子の生成速度よりも数倍〜数十倍程度速いとされて
いる。従って酸素原子とオゾンを放電により同時に発生
させる無声放電式オゾン発生装置では、せっかく生成さ
れたオゾンが酸素原子および分子に戻ってしまい、オゾ
ン生成のエネルギー効率が低下する。

【０００６】さらに、無声放電式オゾン発生装置で空気
を原料ガスとして使用した場合には、窒素分子（Ｎ₂ ）
と電子との衝突により励起種や窒素原子（Ｎ）が生成さ
れて、これらが酸素原子および酸素分子と反応して窒素
酸化物（ＮＯx ）が生成され、ＮＯx はオゾンと反応し
その結果、オゾンは分解され前述と同様にオゾン生成効
率の低下を招く。

【０００７】上記の酸素原子とオゾンを放電により同時
に発生させる無声放電式オゾン発生装置における問題点
を列挙すると、 ・冷却が必要なため、電極系をはじめとして装置構造が
複雑になる。 ・高電力密度を投入できないので、装置のコンパクト化
が困難である。 ・生成されたオゾンが放電場での電子衝突により分解さ
れ、生成効率が低い。 ・空気原料では放電によりＮＯx が発生し、オゾンが分
解されるためさらに生成効率が低下する。 ことが挙げられる。

【０００８】本発明は上記のような従来の無声放電式オ
ゾン発生装置の問題点を解決するためになされたもの
で、酸素原子とオゾンの生成を分離して行うことによ
り、オゾン発生効率の高いオゾン発生方法、あるいは装
置構造が簡単でオゾン生成効率が高く、コンパクトで安
価なオゾン発生装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成によ
るオゾン発生方法は、供給された酸素ガスを大気圧以下
の所定の低圧下で解離させて酸素原子を含む第１のガス
を生成する酸素原子生成工程と、この酸素原子生成工程
で生成された酸素原子を含む第１のガスと酸素を含む第
２のガスとをよく混合した後に、酸素原子生成工程より
高い圧力下で反応させてオゾンを生成するオゾン生成工
程とからなるものである。

【００１０】本発明の第２の構成によるオゾン発生方法
は、第１の構成の発明の酸素原子生成工程とオゾン生成
工程を繰り返し行うことにより、連続的にオゾンを生成
できるようにしたものである。

【００１１】本発明の第３の構成によるオゾン発生方法
は、第１の構成または第２の構成の発明の第２のガスと
して空気を用いたものである。

【００１２】本発明の第４の構成によるオゾン発生方法
は、第２の構成の発明の２回目以降のオゾン生成工程に
おいて、第２のガスとして前のオゾン生成工程で生成さ
れたオゾンおよび酸素を含むガスを用い、累積的にオゾ
ン濃度を高めるようにしたものである。

【００１３】本発明の第５の構成によるオゾン発生方法
は、第１の構成乃至第４の構成のいずれかの発明の酸素
原子生成工程において、酸素ガスを解離させる手段とし
て非平衡放電を用いたものである。

【００１４】本発明の第６の構成によるオゾン発生方法
は、第１の構成乃至第４の構成のいずれかの発明の酸素
原子生成工程において、酸素ガスを解離させる手段とし
て熱プラズマを用いたものである。

【００１５】本発明の第７の構成によるオゾン発生装置
は、供給された酸素ガスを吸入するための吸引手段を有
し、この酸素ガスを大気圧以下の所定の低圧力下で解離
させて酸素原子を含む第１のガスを生成する酸素原子生
成部と、この酸素原子生成部で生成された酸素原子を含
む第１のガスと酸素を含む第２のガスを吸引、混合する
ための吸引手段を有し、上記酸素原子生成部より高い圧
力下で反応させてオゾンを生成するオゾン生成部とを備
えたものである。

【００１６】本発明の第８の構成によるオゾン発生装置
は、第７の構成の発明における酸素原子生成とオゾン生
成を繰り返し行う機構を設けたものである。

【００１７】本発明の第９の構成によるオゾン発生装置
は、第７の構成または第８の構成の発明における第２の
ガスとして、空気を用いたものである。

【００１８】本発明の第１０の構成によるオゾン発生装
置は、第８の構成の発明の酸素を含む第２のガスの取入
口にガス貯留用の容器を備え、２回目以降のオゾン生成
工程では第２のガスとしてこの容器に貯留される前のオ
ゾン生成工程で生成されたオゾンおよび酸素を含むガス
を用い、累積的にオゾン濃度を高めるようにしたもので
ある。

【００１９】本発明の第１１の構成によるオゾン発生装
置は、供給された酸素ガスを吸入するための吸引手段を
有し、この酸素ガスを大気圧以下の所定の低圧力下で解
離させて酸素原子を含む第１のガスを生成する酸素原子
生成部と、この酸素原子生成部で生成された酸素原子を
含む第１のガスと酸素を含む第２のガスを吸引、混合す
るための吸引手段を有し、上記酸素原子生成部より高い
圧力下で反応させてオゾンを生成する複数のオゾン生成
部を備え、これら複数のオゾン生成部を直列に配設し、
前段のオゾン生成部で生成されたオゾンを含有する上記
第２のガスを後段のオゾン生成部に順次送給し、それぞ
れのオゾン生成部で生成されたオゾンが累積されるよう
に構成したものである。

【００２０】本発明の第１２の構成によるオゾン発生装
置は、第１１の構成のオゾン発生装置において、複数の
オゾン生成部には個別の酸素原子生成部がそれぞれ近接
して設けられたものである。

【００２１】本発明の第１３の構成によるオゾン発生装
置は、第１２の構成のオゾン発生装置において、複数の
オゾン生成部は、それぞれに対応する各酸素原子生成部
とともに一体化された構成としたものである。

【００２２】本発明の第１４の構成によるオゾン発生装
置は、第６の構成乃至第１３の構成のいずれかの発明に
おいて、酸素原子生成部における酸素ガスを解離させる
手段として非平衡放電を用いたものである。

【００２３】本発明の第１５の構成によるオゾン発生装
置は、第６の構成乃至第１３の構成のいずれかの発明に
おいて、酸素原子生成部における酸素ガスを解離させる
手段として熱プラズマを用いたものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は上述した従来のオゾン発生
装置の問題点を解決するために本願発明者が先に出願し
た特願平７ー２５１０１８号（平成７年９月２８日付け
出願）にて提案した本発明に関連するオゾン発生装置の
概略構成を示す断面図である。この例は、図２４に示し
た従来装置のように酸素原子とオゾンの生成を放電場で
同時に行うのではなく、酸素原子生成室とオゾンの生成
室を分離し、酸素原子およびオゾンの生成に対して最適
な条件を独立に制御できるように構成したものである。

【００２５】図１において、１は酸素を含有する反応ガ
スの入口、６は放電室７を備えた酸素原子生成室、８は
原料ガス入口、７１は酸素原子を含有したガスと反応ガ
スとを混合する混合室、７２は反応ガスを混合室７１に
導入するための反応ガス導入室、73は混合ガスを加圧し
てオゾン生成室７４に導入するコンプレッサやブロア等
の加圧機である。加圧機７３は、酸素原子含有ガスを低
圧力を維持したままでオゾン生成室７４に導く減圧送給
手段でもある。

【００２６】次に動作について説明する。コンプレッサ
やブロア等の加圧機７３によって混合室からのガスが圧
搾される。その結果、混合室７１および酸素原子生成室
６内部の放電室７は大気圧以下、具体的には数Ｔｏｒｒ
〜数百Ｔｏｒｒ程度に減圧される。このような低圧力下
で、原料気体入口８より酸素含有ガスが供給されている
放電室7内部では、 Ｏ₂＋e→Ｏ＋Ｏ＋e ・・・（１） の反応が起こり、酸素原子Ｏが発生する。上式で、eは
電子を表す。（１）式で生成された酸素原子Ｏは、 Ｏ＋Ｏ₂＋Ｍ→Ｏ₃＋Ｍ ・・・（２） の反応によりオゾンに変換されるか、あるいは、 Ｏ＋Ｏ＋Ｍ→Ｏ₂＋Ｍ ・・・（３） の反応により、酸素分子に戻るため、消滅する。ここ
で、Ｍは第３物体を表す。ここで、（２），（３）式は
いわゆる三体衝突反応であり、圧力の２乗に比例して反
応が進むため、低圧力放電場では（２），（３）式の反
応はきわめて遅いことになる。ここで、Ｏ濃度に対して
Ｏ₂ 濃度が充分に高いと（２）式で表されたオゾン生成
反応が大部分を占め、（３）式の反応は無視できる。

【００２７】従って、図１で例示した装置のように、オ
ゾン生成室と分離した酸素原子生成室において低圧力下
で放電させると、(１)式の反応で生じる酸素原子が
（２）、（３）式の反応によって殆ど消失しないため、
高い電気効率（酸素原子発生個数／放電電力）で酸素原
子を得ることができる。このようにして生成された酸素
原子は、低圧力に保持されたまま混合室７１に導入され
る。そして、混合室７１で酸素を含む反応ガスと混合さ
れる。混合ガスは、加圧機７３によって加圧され、オゾ
ン生成室74において酸素原子と反応ガス中の酸素は
（２）式に示された反応により、大気圧程度あるいはそ
れ以上の高圧力下において効率よくオゾンに変換され
る。

【００２８】図２は計算機シミュレーションの結果から
図１のオゾン発生装置と従来の無声放電式オゾン発生装
置のオゾン生成効率を比較した図である。従来装置のオ
ゾン生成効率については、空気および純酸素を原料ガス
とした近年の円筒型無声放電式オゾン発生装置の標準的
な運転条件での実験値を示す。この結果より、酸素原子
とオゾンの生成を放電場で同時に行う従来装置に比べ
て、酸素原子生成室とオゾン生成室とを分離し、酸素原
子およびオゾンの生成をそれぞれ最適な条件に独立して
制御できる構造を採用することにより、特に低オゾン濃
度域において高いオゾン生成効率を達成できることがわ
かった。しかし、図１のようなオゾン発生装置の構成で
は、生成するオゾンの濃度を高くしようとするとオゾン
生成効率が低下してくることを図２は示している。

【００２９】図３は反応ガスに添加される酸素原子の濃
度とオゾン変換効率の関係を示す図であり、詳しくは、
図１に示した装置において、放電により生成された酸素
原子が大気圧、３５０Ｋの空気と混合されてオゾンに変
換されていく過程について、最終的にオゾンに変換され
た酸素原子の割合（生成オゾン分子数／初期酸素原子
数、即ち、オゾン生成効率）を縦軸に、オゾン生成室に
注入され、反応ガスと混合された時の酸素原子の濃度を
横軸にとって示したものである。図３より、最終的にオ
ゾンに変換された酸素原子の割合は、酸素原子の注入濃
度が０．０１％、Ｏ．１％、１％、１０％、２０％であ
る場合に、それぞれ９９％、９５％、６４％、２０％、
１３％と求められ、この結果からも酸素原子からオゾン
への変換効率は、注入される酸素原子濃度の増加に伴い
急激に減少していくことがわかる。

【００３０】これは、酸素原子濃度が上昇することによ
り、前記（３）式で示された酸素原子の再結合反応の速
度が増加し、放電により生成された酸素原子が酸素分子
に戻ってしまうことが原因である。すなわち、生成され
た酸素原子を効率よくオゾンに変換するためには、混合
する反応ガスに対して、添加する酸素原子の濃度を小さ
く抑える必要があることがわかる。

【００３１】以上のように、図２４に示した従来装置の
問題点を酸素原子生成室とオゾン生成室を分離すること
により改善した図１に示したようなオゾン発生装置にお
いては、放電場にオゾンやＮＯxは存在しないので、電
子衝突やＮＯxとの反応によるオゾンの分解が起こら
ず、高効率でオゾンを生成できる。しかし、これはオゾ
ン生成室において、空気などの反応ガスと混合された時
の酸素原子の濃度が低い場合に限られている。すなわ
ち、反応ガスと混合時の酸素原子濃度が高くなると、上
記（３）式に示した酸素原子の再結合反応が支配的にな
ってオゾン変換効率が急激に減少し、その結果、生成す
るオゾン濃度の高い領域では、オゾン生成に対するエネ
ルギー効率が低下するという問題を抱えていた。このよ
うな問題点を解決するために、本願発明者は、酸素原子
とオゾンの生成室を分離すると共に、酸素原子生成室で
生成した酸素原子を所定の低濃度で複数回に分けて混合
室の反応ガス中に添加することにより、高濃度のオゾン
を高効率で発生することのできるオゾン発生方法および
オゾン発生装置を提案した。（特願平７−３３０３４４
号、平成７年１２月１９日付け出願）

【００３２】放電により生成された酸素原子がオゾンに
変換される場合の主反応と、その競合反応は前記
（２），（３）式に示したとおりである。ここで、それ
ぞれの反応の反応速度定数をｋｎ４，ｋｎ５とすると、
放電により生成された酸素原子がオゾンに変換される際
の効率ηは、次式により表される。 η＝Ｋｎ４×［Ｏ₂ ］／（Ｋｎ４×［Ｏ₂ ］＋２×Ｋｎ５×［Ｏ］ ＝１／｛１＋２×Ｋｎ５／Ｋｎ４×（［Ｏ］／［Ｏ₂ ］｝・・・（４） ここで、 Ｋｎ４＝Ｋｎ４（Ｏ₂ ）×［Ｏ₂ ］＋Ｋｎ４（Ｏ）×［Ｏ］ ＋Ｋｎ４（Ｏ₃ ）×［Ｏ₃ ］＋Ｋｎ４（Ｎ₂ ）×［Ｎ₂ ］ ・・・（５） Ｋｎ５＝Ｋｎ５（Ｏ₂ ）×［Ｏ₂ ］＋Ｋｎ５（Ｏ）×［Ｏ］ ＋Ｋｎ５（Ｏ₃ ）×［Ｏ₃ ］＋Ｋｎ５（Ｎ₂ ）×［Ｎ₂ ］ ・・・（６）

【００３３】（４）式から、オゾン変換効率は酸素原子
と酸素分子の濃度比の関数であり、酸素原子濃度が増加
すると、オゾン変換効率ηは減少する。これより、比較
的高濃度のオゾンを得るために、高濃度の酸素原子を一
度に酸素分子を含んだ反応ガス中に添加した場合には、
オゾン変換効率が低下することにより高効率でオゾンを
生成することが不可能であることがわかる。酸素原子か
らオゾンへの変換効率は、（４）式のように酸素原子濃
度の増加とともに低下するため、比較的高濃度のオゾン
をできる限り効率よく生成する方法としては、オゾン変
換効率の高い低濃度酸素原子を複数回に分けて、順次反
応ガス中に添加する方法が考えられる。

【００３４】なお、酸素原子を発生する放電室とは別に
設けられたオゾン生成室内では、前記（２），（３）式
で示したオゾン生成、分解反応に加えて、 Ｏ＋Ｏ₃ →Ｏ₂ +Ｏ₂ ・・・・（７） で表される反応が起こる。前記（３）式の反応は、低濃
度の酸素原子を添加する場合には無視できるので、生成
された酸素原子は効率よくオゾンに変換され、また、
（７）式の反応の速度は極めて遅いため、オゾン生成室
で生成されたオゾンはほとんど分解されない。

【００３５】したがって、オゾン生成室内で反応ガス中
に低濃度で酸素原子を添加し、効率よくオゾンに変換し
てオゾン含有ガスを生成し、この生成されたオゾンを含
有する反応ガス中に、さらに低濃度で酸素原子を添加す
る操作を繰り返せば、生成されたオゾンは短時間ではほ
とんど分解されないので、酸素原子からオゾンへの変換
は高効率を維持したままで、最終的に生成されるオゾン
の濃度はオゾン含有ガス中に酸素原子を添加する回数に
応じて累積されて増加することになる。即ち、高濃度の
オゾンを得る場合にも、生成効率の低下を抑制すること
が可能となる。

【００３６】図４は反応ガスに対して添加される酸素原
子の総添加濃度をパラメータとして、酸素原子の分割注
入回数とオゾン変換効率の関係を示す図である。酸素原
子の総添加濃度が、０．１％、１．０％、１０％、２０
％の場合に対応するものであり、それぞれの１回あたり
の添加濃度は総添加濃度を添加回数で割った値に相当す
る。例えば、Ａのグラフは反応ガスに対して酸素原子の
総添加濃度が１．０％の場合について、１．０％の濃度
の酸素原子を１度に添加した場合と、２回（０．５％×
２）、１０回（０．１％×１０）、２０回（０．０５％
×２０）と複数回に分けて添加した場合のオゾン変換効
率ηを添加回数を横軸にとって示したものである。

【００３７】この図より、反応ガスに対する酸素原子の
総添加濃度を一定にした場合、１回当たりの添加濃度を
減らし、添加回数を増加させることによりオゾン変換効
率ηを改善することが可能であることがわかる。

【００３８】図５は図４のデータを生成されるオゾン濃
度を横軸（対数目盛り）にとって示した図である。図に
おいて、Ａ群は酸素原子の総濃度が０．１％の場合、Ｂ
群は酸素原子の総濃度が１．０の場合、Ｃ群は酸素原子
の総濃度が１０％の場合、また、Ｄ群は酸素原子の総濃
度が２０％の場合の結果を示している。また，図６は図
５の縦軸および横軸を線形目盛り（Ｌｉｎｅａｒ Ｓｃ
ａｌｅ）で書き換えた図である。

【００３９】図５または図６より、例えば、反応ガスへ
の酸素原子の総添加濃度を１．０％としてオゾンを生成
する場合（Ｂ群のデータ）を例にとると、１度の添加回
数で反応させると生成されるオゾン濃度は約１１ｇ／Ｎ
ｍ³ であり、この時のオゾン変換効率は６５％程度であ
るが、１回当たりの酸素原子の添加濃度を０．０５％と
し、これを２０回に分けて添加すると生成されるオゾン
の濃度は約１４ｇ／Ｎｍ³ に増加し、この時のオゾン変
換効率は８０％程度にまで改善されることがわかる。以
上のことより、オゾン生成室内で反応ガスに対して数％
以下の低濃度で酸素原子を添加して効率よくオゾンに変
換してオゾン含有ガスを生成し、この生成されたオゾン
を含有する反応ガス中に、さらに低濃度の酸素原子を添
加する操作を複数回繰り返すことによって、酸素原子か
らオゾンへの変換効率の低下を抑制し、かつ、最終的に
一度に酸素原子を反応ガス中に添加する場合よりも高濃
度のオゾンの生成が可能であることが裏付けられた。

【００４０】以上の知見に基づき、本願発明者は先の出
願（特願平７ー３３０３４４号、平成７年１２月１９日
付け出願）において、低濃度の酸素原子を複数回に分け
て反応ガス中に添加できる装置を提案した。

【００４１】本発明は、上記２件の発明に引き続いたも
のであり、酸素原子とオゾンの生成を分離させたオゾン
発生装置において、低圧力下解離により生成された酸素
原子含有ガスを酸素分子を含んだ反応ガスに１度あるい
は複数回に分けて添加することにより、高効率でオゾン
を生成する新たな装置構成を提案したものである。

【００４２】実施の形態１．以下、本発明の実施の形態
１について具体的に説明する。図７は本発明の実施の形
態１によるオゾン発生装置の概略構成を示す断面図であ
る。なお、図１と同一符号のものは、図１のものと同一
または相当のものであることを表す。本実施の形態１で
は、酸素原子生成室で生成された酸素原子を含有した第
１のガスと酸素を含む第２のガスを充分に混合するため
の減圧送給手段として、ピストンシリンダー方式を用い
た装置構成としている。同図において、１は酸素を含有
する反応ガスの入口、５はオゾン含有ガスの出口であ
る。６は内部に放電室７を備えた酸素原子生成部である
酸素原子生成室であり、原料気体入口８より供給された
酸素を含有する第１の原料ガスから酸素原子を発生させ
るための装置である。放電室７における放電の方法は、
非平行放電を用いたものでも、熱プラズマを用いたもの
でもよい。なお、この放電室は酸素原子を高効率で発生
させるため、そこでの圧力は大気圧以下、具体的には数
Ｔｏｒｒ〜数百Ｔｏｒｒ程度に維持される。７４は酸素
原子生成室６で生成された酸素原子含有ガスと反応ガス
入口１より供給された酸素分子含有ガスとを混合した
後、オゾンを生成するためのオゾン生成部であるオゾン
生成室、７５はピストンである。

【００４３】次に動作について説明する。図８は本発明
の実施の形態１によるオゾン発生装置の動作を説明する
図であり、図７に示したオゾン発生装置におけるオゾン
生成の過程を示している。図８（ａ）〜（ｄ）におい
て、それぞれのガスの出入口を開閉する状態は、白抜き
箇所が開、黒塗り箇所が閉を表している。本装置では、
ピストン７５がオゾン生成室内部を一往復する過程でオ
ゾンが生成される。同図（ａ）はサイクルの初期状態を
表したものである。原料ガス入口８より供給された酸素
ガスを導入し、大気圧以下の所定の低圧力に減圧された
放電室７内では、前記（１）式の反応により酸素原子Ｏ
が発生する。（１）式で生成された酸素原子Ｏは、前記
（２）式の反応によりオゾンに変換されるか、あるい
は、前記（３）式の反応により酸素分子に戻るため消滅
する。

【００４４】ここで、（２），（３）式はいわゆる三体
衝突反応であり、圧力の２乗に比例して反応が進むた
め、低圧力放電場では（２），（３）式の反応はきわめ
て遅いことになる。ここで、Ｏ濃度に対してＯ₂ 濃度が
充分に高いと（２）式で表されたオゾン生成反応が大部
分を占め、（３）式の反応は無視できる。

【００４５】従って、本発明によるオゾン発生装置のよ
うにオゾン生成室と分離した酸素原子生成室において低
圧力下で放電させると、（１）式の反応で生じる酸素原
子が（２），（３）式の反応によって殆ど消失しないた
め、高い電気効率（酸素原子発生個数／放電電力）で酸
素原子を得ることができる。このようして得られた酸素
原子は、図８（ｂ）に示すように、酸素原子含有ガス導
入口７６より酸素分子を含んだ反応ガスとともに、ピス
トン７５によりオゾン生成室７４内部へ吸引される。吸
引された酸素原子含有ガスはオゾン生成室７４の内部で
酸素を含む反応ガスと混合されて、図８（ｃ）に示した
ピストン７５の圧縮により、反応ガス中の酸素と（２）
式に示された反応によって、大気圧前後あるいはそれ以
上の高圧力下で効率よくオゾンに変換される。以上の過
程により生成されたオゾンを含有するガスは、オゾン含
有ガス出口５より排出される（図８（ｄ））。

【００４６】以上のように構成されたオゾン発生装置で
は、酸素原子生成室６とオゾン生成室７４を分離したの
で、酸素原子生成室６は低圧力（数Ｔｏｒｒ〜数百Ｔｏ
ｒｒ）で高温に、また、オゾン生成室は高圧力（大気圧
程度もしくはそれ以上）で低温（３５０Ｋ程度以下）
に、というように、それぞれの生成に最適な条件を独立
に設定することができるため、高効率で酸素原子および
オゾンを発生させることができる。また、酸素原子生成
室は高温にしても何ら問題は生じないため、冷却機構は
不要となり高電力密度を投入することが可能となるの
で、簡素でコンパクトな装置を実現することができる。
さらに、オゾン生成室では放電を発生させないので、放
電場での電子衝突によるオゾンの分解、あるいは従来装
置における空気を原料ガスにした場合のＮＯx によるオ
ゾンの分解も生じない。従って、反応ガス（第２のガ
ス）として空気を用いて、ＮＯ_x を生成せず、オゾン生
成効率の非常に高い装置を実現することができる。

【００４７】実施の形態２．図９は本発明の実施の形態
２によるオゾン発生装置の概略構成を示す断面図であ
り、基本的な構成は実施の形態１に記載のオゾン発生装
置と同一である。同図において、図７で説明したものと
同一もしくは同等部材については同一符号を付し、詳細
な説明は省略する。本実施の形態２では、実施の形態１
で示したオゾン発生装置におけるオゾン生成過程を繰り
返し行える機構を設け、連続的にオゾンを発生できるよ
う構成したことを特徴とする。７７はオゾン生成室７４
への反応ガスの吸入と混合されたガスを圧縮して大気圧
前後あるいはそれ以上の高圧力下で効率よくオゾンに変
換するためのピストン７５を連続して往復動させるため
の回転機である。回転機７７によってピストン７５の往
復動を繰り返し行い、実施の形態１で示された装置にお
けるオゾン生成過程（図８（ａ）〜（ｄ））を繰り返し
行うことにより、高効率で連続的にオゾンを発生でき
る。

【００４８】本実施の形態で述べたオゾン発生装置で
は、その基本構成を前述の実施の形態１で述べたオゾン
発生装置と同様の構成としたので、前記実施の形態１と
同等の効果を得ることができる。また、オゾン生成を繰
り返し行えるように構成したので、高効率で連続的にオ
ゾンを得ることができる。

【００４９】実施の形態３．図１０は本発明の実施の形
態３によるオゾン発生装置の概略構成を示す断面図であ
り、基本的な構成は実施の形態１に記載のオゾン発生装
置と同一である。同図において、前図で説明したものと
同一もしくは同等部材については同一符号を付し、詳細
な説明は省略する。本実施の形態３では、反応ガス入口
１の前段にガス貯留用の容器を設けたことを特徴とす
る。以下に図１１〜図１３を用いて、動作について説明
する。以下に示す図において、黒塗りで示された各種ガ
スの出入口はその工程で閉じていることを表し、白抜き
で示された出入口は開いていることを表している。図１
１は本発明の実施の形態３によるオゾン発生装置の第１
ステージにおけるオゾン発生工程を示す図である。図１
１（ａ）〜（ｃ）で示された過程は前記実施の形態１お
よび２で示された過程と全く同様であり、ピストン７５
により酸素原子生成室６で生成された酸素原子含有ガス
と反応ガス入口１より供給された酸素を含む反応ガスを
オゾン生成室７４へと吸引、混合した後に圧縮し、大気
圧程度もしくはそれ以上の高圧力下で酸素原子を効率よ
くオゾンに変換する。生成されたオゾンを含有ガスはオ
ゾン含有ガス出口５からは排出されず、同図（ｄ）に示
されるように反応ガス入口１の前段に設置されたガス貯
留用容器７８へと送給され、第１ステージ終了後、この
容器に蓄えられる。

【００５０】図１２は本発明の実施の形態３によるオゾ
ン発生装置の第２ステージ以降のオゾン発生工程を示す
図であり、同図（ａ）に示されるように、このステージ
の初期状態はガス貯留用容器７８に第１ステージで生成
されたオゾン含有ガスが封入されており、第２ステージ
では反応ガス入口１より供給される反応ガスとして第１
ステージで生成されたオゾン含有ガスが用いられる。オ
ゾン生成過程は第１ステージと同様であり、ピストン７
５により酸素原子生成室６で生成された酸素原子含有ガ
スと反応ガス入口１より供給される第１ステージで生成
されたオゾン含有ガスはオゾン生成室７４へと吸引、混
合された後に圧縮され、大気圧程度もしくはそれ以上の
高圧力下で酸素原子は効率よくオゾンに変換される。

【００５１】なお、ガス貯留容器７８に貯留される第１
ステージで生成されたオゾンは、ほとんど分解されずに
第２ステージの反応ガスとしてオゾン生成室内に吸引さ
れるため、第２ステージでのオゾン生成室７４において
は、第１ステージで生成されたオゾンと第２ステージで
生成されたオゾンとが累積され、第１ステージに比べて
生成されたオゾン濃度が増加することになる。なお、第
２ステージ以降のオゾン生成過程では、上記の動作を繰
り返すことにより、ステージ数の増加に伴って生成され
るオゾンの濃度が増加していくことは言うまでもない。

【００５２】図１３は本発明の実施の形態３によるオゾ
ン発生装置の最終ステージのオゾン発生工程を示す図で
あり、いわば、上記の動作を繰り返して生成されるオゾ
ンの濃度を所定の値にまで高め、オゾン化ガスとして装
置外へ排出する最終ステージ（第Ｎステージ）の動作を
示したものである。図１３（ａ）に示されるように、こ
のステージの初期状態はガス貯留用容器７８に前ステー
ジ（第（Ｎ−１）ステージ）で生成されたオゾン含有ガ
スが封入されており、これが第Ｎステージの反応ガスと
して用いられる。オゾン生成過程は前ステージと同様で
あり、ピストン７５により酸素原子生成室６で生成され
た酸素原子含有ガスと反応ガス入口１より供給される第
（Ｎ−１）ステージで生成されたオゾン含有ガスはオゾ
ン生成室７４へと吸引、混合された後に圧縮され、大気
圧程度もしくはそれ以上の高圧力下で酸素原子は効率よ
くオゾンに変換される。最終ステージで所定の濃度にま
で高められたオゾン含有ガスは、図１３（ｄ）に示され
るように前ステージのようにガス貯留容器７８に送給さ
れず、オゾン含有ガス出口５より装置外へ排出される。

【００５３】即ち、本実施の形態３で述べたオゾン発生
装置においては、前述の実施の形態１、２で述べたオゾ
ン発生装置と基本的には同様の構成としたので、前記実
施の形態１、２と同等の効果を得ることができる。さら
に、オゾンの生成を複数回のステージ（Ｎステージ）に
分割し、前ステージで生成されたオゾン含有ガスを次ス
テージの反応ガスとして用い、この反応ガス中に所定の
低濃度で酸素原子を添加することにより効率よくオゾン
に変換してオゾン含有ガスを生成し、この生成されたオ
ゾン含有ガスに対して、さらに次ステージで所定の低濃
度で酸素原子を添加してオゾンを発生させる操作を繰り
返すことによって、生成されるオゾンは累積されていく
ので、酸素原子からオゾンへの変換は高効率を維持した
ままで、高濃度のオゾンを得ることができる。

【００５４】実施の形態４．図１４は本発明の実施の形
態４によるオゾン発生装置の概略構成を示す図であり、
基本的な構成は実施の形態１に記載のオゾン発生装置と
同一である。同図において、前図で説明したものと同一
もしくは同等部材については同一符号を付し、詳細な説
明は省略する。本実施の形態４では、前述の実施の形態
１で示したオゾン発生装置を直列に複数段設けたことを
特徴とする。図１４において、７９は前段のオゾン発生
装置で生成されたオゾン含有ガスを次段のオゾン発生装
置のオゾン生成室へと送給するためのオゾン含有ガス送
給管である。以下に、図１５を用いて動作について説明
する。図１５は本発明の実施の形態４によるオゾン発生
装置の動作を示す図であり、詳しくは、直列に配置され
たそれぞれのオゾン発生装置の、ある瞬間における動作
状況を示したものであり、この図においては、第１段目
を始めとする奇数段目に配置されたオゾン発生装置は、
前述の実施の形態１などで示されたオゾン発生装置と同
様の酸素原子含有ガスと酸素分子を含む反応ガスの吸入
・混合過程にある。但し、第１段目以外のオゾン発生装
置では、反応ガスとして前段のオゾン発生装置で生成さ
れたオゾン含有ガスが用いられている。 以下に示す図
において、黒塗りで示された各種ガスの出入口はその工
程で閉じていることを表し、白抜きで示された出入口は
開いていることを表している。また、第２段目を始めと
する偶数段目に配置されたオゾン発生装置は、オゾン生
成室７４内に吸入、混合された酸素原子含有ガスと前段
のオゾン発生装置で生成されたオゾン含有ガスが圧縮さ
れ、大気圧程度もしくはそれ以上の高圧力下で効率よく
オゾンに変換されるオゾン生成過程にある。それぞれの
オゾン発生装置のピストン７５は同期して往復動を繰り
返し、酸素原子含有ガスと反応ガスの吸入・混合過程と
オゾン生成過程が繰り返され、生成されたオゾン含有ガ
スはその都度次段のオゾン発生装置へと送給される。ピ
ストン７５がオゾン生成室７４内を一往復して、酸素原
子含有ガスと反応ガスが吸入・混合された後、オゾンが
生成され、生成されたオゾン含有ガスが次段のオゾン発
生装置に送給されるまでを１サイクルとすれば、隣り合
う奇数番目と偶数番目のオゾン発生装置における一連の
工程が半サイクルずれていることは言うまでもない。

【００５５】本実施の形態４で述べたオゾン発生装置に
おいては、前述の実施の形態２で述べたオゾン発生装置
と同様の装置を直列に複数段配置し、前記実施の形態３
で述べたオゾン発生装置と同様に、２段目以降のオゾン
発生装置において酸素分子を含む反応ガスとして前段で
生成されたオゾン含有ガスを用い、この生成されたオゾ
ン含有ガスに対して、さらに次段のオゾン発生装置で、
所定の低濃度で酸素原子を添加してオゾンを発生させる
操作を繰り返すことによって生成されるオゾンは累積さ
れていくので、前記実施の形態３で述べたオゾン発生装
置と同様に、酸素原子からオゾンへの変換は高効率を維
持したままで、高濃度のオゾンを得ることができる。

【００５６】実施の形態５．前記実施の形態４では、直
列に配置された複数個のオゾン発生装置を、それぞれ分
離した構成としているが、図１６に示すように、直列に
複数個配置された個々のオゾン生成室７４を一体にして
形成し、さらに酸素原子生成室６は直列に配置されたそ
れぞれのオゾン生成室７４に対して共通化して、よりコ
ンパクトな装置を構成することもできる。図１６は本発
明の本実施の形態５によるオゾン発生装置の概略構成を
示す断面図で、図１７は斜視図であり、基本的な構成は
実施の形態４に記載のオゾン発生装置と同一である。図
１６および図１７において、前図で説明したものと同一
もしくは同等部材については同一符号を付し、詳細な説
明は省略する。図１６および図１７において、６は各オ
ゾン生成室７４に対して共通化された酸素原子生成室で
あり、７６はそれぞれのオゾン発生室の上部に設けられ
た酸素原子含有ガス導入口である。隣り合うオゾン生成
室はそれぞれオゾン含有ガス送給管７９により、直列に
連結されている。なお、この図では、ピストン７５の往
復動を容易にするためにオゾン生成室は円筒形に形成さ
れているが、実際の装置においては特にこれに限定され
るものではない。

【００５７】直列に配置された複数ののオゾン発生装置
が一体化して構成されただけであるので、動作原理につ
いては前記実施の形態４におけるオゾン発生装置の場合
と全く同様であり、２段目以降のオゾン発生装置におい
て酸素分子を含む反応ガスとして前段で生成されたオゾ
ン含有ガスを用い、この生成されたオゾン含有ガスに対
して、さらに次段のオゾン発生装置で、所定の低濃度で
酸素原子を添加してオゾンを発生させる操作を繰り返す
ことによって生成されるオゾンは累積されていくので、
前記実施の形態３で述べたオゾン発生装置と同様に、酸
素原子からオゾンへの変換は高効率を維持したままで、
高濃度のオゾンを得ることができる。また、酸素原子生
成室を共通化し、直列に配置された個々のオゾン生成室
を一体に形成したので、よりコンパクトな装置を実現す
ることができる。

【００５８】実施の形態６．前記実施の形態５では、直
列に複数個配置された個々のオゾン生成室を一体にして
形成し、さらに酸素原子生成室は直列に配置されたそれ
ぞれのオゾン生成室に対して共通化するように装置を構
成したが、図１８に示すように個々のオゾン生成室７４
に対して別個の酸素原子生成室６を設けた装置構成とし
てもよい。図１８（ａ）は本実施の形態のオゾン発生装
置の縦断面構成図で、同図（ｂ）は横断面構成図であ
り、基本的な構成は実施の形態５に記載のオゾン発生装
置と同一である。同図において、前図で説明したものと
同一もしくは同等部材については同一符号を付し、詳細
な説明は省略する。同図において、６は複数のオゾン生
成室７４に対してそれぞれ別個に設置された酸素原子生
成室であり、この酸素原子生成室６内部には、外部から
供給される酸素ガスを吸入して酸素原子含有ガスを生成
し、生成された酸素原子含有ガスをオゾン生成室へ送給
するために、オゾン生成室内と同様にピストン７５を備
えている。酸素ガスの吸入に関しては、同図（ｂ）の
（１）に示したようにピストン部分に原料ガス導入口８
を設けて、酸素原子生成室６の上部から吸入してもよい
し、あるいは、（２）に示すように酸素原子生成室６の
近接した位置に酸素ガス供給室８０を設け、酸素原子生
成室６とオゾン生成室７４との境界壁内部に形成された
酸素ガス供給管８１を介して、酸素原子生成室下部より
吸入してもよい。７６はそれぞれのオゾン生成室の上部
に設けられた酸素原子含有ガス導入口であり、前記実施
の形態５で示したオゾン発生装置と同様、隣り合うオゾ
ン生成室はそれぞれオゾン含有ガス送給管７９により、
直列に連結されている。

【００５９】直列に配列された複数のオゾン生成室のそ
れぞれに対して別個の酸素原子生成室を設け、これらの
構成要素が一体して構成されただけであり、動作原理に
ついては前記実施の形態５におけるオゾン発生装置の場
合と全く同様であるので、前記実施の形態５と同等の効
果を得ることができる。

【００６０】実施の形態７．図１９は本発明の実施の形
態７によるオゾン発生装置の概略構成を示す図であり、
基本的な構成は実施の形態１に記載のオゾン発生装置と
同一である。同図において、前図で説明したものと同一
もしくは同等部材については同一符号を付し、詳細な説
明は省略する。本実施の形態７では、酸素原子生成室６
においては原料酸素ガスの吸入と解離による酸素原子の
生成ならびに生成された酸素原子含有ガスのオゾン生成
室７４への送給が同時に行え、さらにオゾン生成室７４
においても、酸素原子含有ガスと酸素を含む反応ガスの
吸入および混合とオゾンの生成を同時に行えるよう構成
したことを特徴とする。図１９において、８１は酸素原
子生成室６の両側壁から酸素ガスを供給できるように配
置された酸素ガス供給管、８は供給された酸素ガスを導
入するための原料ガス入口、８２は酸素原子生成室で生
成された酸素原子含有ガスの排気口である。また、７６
はオゾン生成室の両側壁に設けられた酸素原子含有ガス
導入口、５はオゾン含有ガス出口である。さらに本実施
の形態によるオゾン発生装置では、オゾン生成室の両側
壁にオゾン含有ガスのバイパス管８３が設けられる。

【００６１】次に図１９〜図２１を用いて、動作につい
て説明する。図１９は本実施の形態によるオゾン発生装
置の動作の初期状態を表しており、この時点で酸素原子
生成室６内部には酸素ガスが供給されており、供給され
た酸素ガスは所定の低圧力下（具体的には数Ｔｏｒｒ〜
数百Ｔｏｒｒ程度）で効率よく解離される。さらに、オ
ゾン生成室７４内には、酸素原子含有ガス導入口７６よ
り酸素原子生成室６で生成された酸素原子含有ガス、お
よび原料ガス入口８より酸素分子を含む反応ガスが吸引
されている。以下に示す図において、黒塗りで示された
各種ガスの出入口はその工程で閉じていることを表し、
白抜きで示された出入口は開いていることを表してい
る。図２０（ａ）では、図１９に示した初期状態から、
酸素原子生成室６のピストンが同図の右方向へ、またオ
ゾン生成室７４のピストンが左方向へと移動した状態を
示している。この状態で、酸素原子生成室６のピストン
で仕切られた左側の部屋８５（酸素原子生成室ａとす
る）では、酸素ガス供給管８１より供給される酸素ガス
が、左側の原料ガス入口８より導入され、所定の低圧力
状態に維持される。また、同酸素原子生成室の右側の部
屋８６（酸素原子生成室ｂとする）では、図１９の初期
状態において生成された酸素原子含有ガスが右側の酸素
原子含有ガス排気口８２より排出される。この排出され
た酸素原子含有ガスは酸素原子含有ガス供給管８４を通
り、オゾン生成室７４の右側に設置された酸素原子含有
ガス導入口７６より、オゾン生成室のピストン７５で仕
切られた右側の部屋８８（オゾン生成室ｂとする）へ送
給される。一方、オゾン生成室の左側の部屋８７（オゾ
ン生成室ａとする）では、吸入された酸素原子含有ガス
と酸素分子を含む反応ガスの混合気体がピストン７５に
より圧縮されて、大気圧程度もしくはそれ以上の圧力に
まで高められて、前記（２）式に示された反応により、
酸素原子は効率よくオゾンに変換される。図２０（ｂ）
においても、同図（ａ）に示した工程が引き続き行われ
るが、オゾン生成室ａ内の酸素原子が充分にオゾンに変
換された時点で、生成されたオゾン含有ガスはオゾン含
有ガスバイパス管８３を経由して、オゾン生成室ａから
オゾン生成室ｂへと送給され、次に控えたオゾン生成室
ｂにおけるオゾン生成過程での酸素分子を含む反応ガス
として、酸素原子生成室ｂより送給される酸素原子含有
ガスとともにオゾン生成室ｂへ吸入、混合される。図２
０（ｃ）は、ちょうど半サイクルを終えた状態を表して
おり、酸素原子生成室ｂには酸素ガスが供給されてお
り、供給された酸素ガスは所定の低圧力下（具体的には
数Ｔｏｒｒ〜数百Ｔｏｒｒ程度）で効率よく解離され
る。また、オゾン生成室ｂ内には、前記図１９（ｂ）に
示した工程においてオゾン生成室ａで生成されたオゾン
含有ガスと、酸素原子生成室ｂで生成された酸素原子含
有ガスが吸引されている。

【００６２】図２１（ａ）以降の過程は、後半の半サイ
クルを示すものである。図２０（ａ）〜（ｃ）に示した
前半の半サイクルでは、酸素原子およびオゾンの生成は
それぞれ酸素原子生成室ｂ、オゾン生成室ａで行われて
いたが、後半の半サイクルではそれぞれ酸素原子生成室
ａ、オゾン生成室ｂで行われる。図２１（ａ）は、前半
のサイクルでは図２０（ａ）に対応するものであり、酸
素原子およびオゾンを生成する部屋が代わった以外は全
く同様の過程である。図２１（ｂ）は、前半の半サイク
ルでは図２０（ｂ）に対応しているが、ここでは、オゾ
ン含有ガスバイパス管は閉じており生成されたオゾンは
再びオゾン生成室ａに送給されない。その代わりにオゾ
ン含有ガス出口５が開き、生成されたオゾン含有ガスは
ここから装置外に排出される。またこの時、オゾン生成
室ａには次のオゾン発生工程で使用する反応ガスとし
て、反応ガス入口１より新たな酸素分子含有ガスが吸入
される。

【００６３】以上の過程を経て、本実施の形態に示され
たオゾン発生装置は１サイクルを終了し、図２１（ｃ）
のように初期状態に戻る。この場合、生成したオゾンを
装置外へ排出するまでに、反応ガス中に酸素原子を２回
添加しており、前記実施の形態４〜６で述べたオゾン発
生装置において、２個のオゾン発生装置を直列に配置し
た場合と同様の動作を行っているものと解釈できる。な
お、連続的にオゾンを生成する場合には、以上の過程を
繰り返して行うことは言うまでもない。

【００６４】以上のように構成された本実施の形態７に
よるオゾン発生装置では、酸素原子発生室においては原
料酸素ガスの吸入と解離による酸素原子の生成ならびに
生成された酸素原子含有ガスのオゾン生成室への送給が
同時に行え、さらにオゾン生成室においても、酸素原子
含有ガスと酸素を含む反応ガスの吸入および混合とオゾ
ンの生成を同時に行えるよう構成したので、１サイクル
で反応ガス中への酸素原子の添加とオゾンの生成を２回
行え、１組の酸素原子生成室とオゾン生成室で、前記実
施の形態４〜６による２個のオゾン発生装置を直列に配
列した場合と同等の効果が得られ、さらにコンパクトな
装置を実現できる。

【００６５】実施の形態８．前記実施の形態７における
オゾン発生装置では、１サイクル（２回の酸素原子添
加）でオゾン含有ガスを装置外へ排出する工程とした
が、本実施の形態８のように１サイクルでオゾン含有ガ
スを排出せず、次のサイクルでオゾン含有ガスバイパス
管８３を経由して再びオゾン生成室ａへと送給し、オゾ
ン生成室ａにおける第２サイクルでの反応ガスとして使
用してもよい。即ち、本実施の形態では前記実施の形態
７による図２０および図２１で示したオゾン発生装置に
おける動作の過程において、図２０（ａ〜ｃ），図２１
（ａ）までは全く同様の動作を行うが、図２１（ｂ）に
対応する過程でオゾン含有ガス出口５は閉じており、そ
の代わりにオゾン含有ガスバイパス管８３が開く。従っ
て、オゾン生成室ｂで生成されたオゾン含有ガスはオゾ
ン含有ガスは、ここを経由して第２サイクルにおける反
応ガスとしてオゾン生成室ａに送給される。

【００６６】以上のような工程により、反応ガス中に酸
素原子を４回添加してオゾンを生成したことになるの
で、より高濃度のオゾンを生成することができる。さら
に、２回以上の複数回のサイクルに対して上記の工程を
繰り返すことにより、一層の高濃度オゾンを生成できる
ことは言うまでもない。

【００６７】実施の形態９．前記実施の形態７および８
では、一組の酸素原子生成室とオゾン生成室により装置
を構成したが、図２２および図２３に示した本実施の形
態のオゾン発生装置のように、二組のオゾン発生装置を
直列に配置した構成としてもよい。このように構成され
たオゾン発生装置では、一段目（図２２および図２３左
側）のオゾン発生装置で生成されたオゾン含有ガスは、
二段目（図２２および図２３右側）のオゾン発生装置に
おいて、酸素を含有する反応ガスとして用いられるよう
に構成されているので、より高濃度のオゾン生成が期待
できる。図２２および図２３を用いて、動作について簡
単に説明する。直列に配列されたそれぞれのオゾン発生
装置の動作手順については、前記実施の形態７および８
で述べたオゾン発生装置の動作と全く同様であるので、
それぞれのオゾン発生装置の間におけるガスの出入りに
ついてのみ詳述する。図２２（ａ）は動作の初期状態を
示しており、図２２（ｂ）では一段目、二段目のオゾン
発生装置ともに左側のオゾン生成室（オゾン生成室ａ）
では、オゾン生成工程、右側のオゾン生成室（オゾン生
成室ｂ）では、酸素原子原子含有ガスと反応ガスの吸引
工程にある。この時、それぞれのオゾン発生装置を接続
しているオゾン含有ガス送給管７９の出入口は閉じてい
る。図２２（ｃ）では、双方のオゾン発生装置のオゾン
含有ガスバイパス管８３の出入口が開き、オゾン生成室
ａで生成されたオゾン含有ガスが、オゾン生成室ｂでの
オゾン生成工程における反応ガスとしてオゾン生成室ｂ
内部に吸引される。図２３（ａ）はオゾン生成室ａでの
オゾン生成工程を終え、オゾン生成室ｂでの生成工程を
控えた状態であり、この時双方のオゾン生成室ｂ内に
は、オゾン生成室ａで生成されたオゾン含有ガスと酸素
原子生成室６からの酸素原子含有ガスが吸引されてい
る。図２３（ｂ）はオゾン生成室ｂでのオゾン生成工程
を示したものであり、図２３（ｃ）において一段目のオ
ゾン発生装置のオゾン生成室ｂで生成されたオゾン含有
ガスは、両者を接続するオゾン含有ガス供給管７９を介
して次のオゾン生成工程における反応ガスとして、二段
目のオゾン発生装置のオゾン生成室ａへ吸引される。一
方、二段目のオゾン発生装置のオゾン生成室ｂにおいて
累積的に所定の濃度にまで高められたオゾン含有ガス
は、装置外へと排出される。本実施の形態のオゾン発生
装置では、酸素原子生成室においては原料酸素ガスの吸
入と解離による酸素原子の生成ならびに生成された酸素
原子含有ガスのオゾン生成室への送給が同時に行え、さ
らにオゾン生成室においても、酸素原子含有ガスと酸素
を含む反応ガスの吸入および混合とオゾンの生成を同時
に行えるよう構成し、さらにこのような装置を２段直列
に配置したので、１サイクルで反応ガス中への酸素原子
の添加とオゾンの生成を４回行うことができ、累積的に
高濃度のオゾンを高効率で生成することができる。

【００６８】本実施の形態９のオゾン発生装置におい
て、１サイクルで一段目のオゾン発生装置のオゾン含有
ガスを二段目のオゾン発生装置へ送給した場合には、実
施の形態８のオゾン発生装置と同様に反応ガス中に酸素
原子を４回添加してオゾンを生成したことになり、累積
的に生成されるオゾンの濃度が高められるので、高濃度
のオゾンを生成することができる。さらに、１サイクル
で生成されたオゾンを次段のオゾン発生装置へ送給せ
ず、複数回のサイクルを経た後に送給する工程をとるこ
とにより、一層の高濃度オゾンを生成できることは言う
までもない。また、本実施例では直列配置するオゾン発
生装置を２個としているが、３個以上のオゾン発生装置
を直列配置しても良い。この場合には、１サイクルあた
りの酸素原子添加回数が配置されたオゾン発生装置の個
数に比例して増加するので、さらに高濃度のオゾンを生
成できることが期待される。

【００６９】実施の形態１０．前記実施の形態１乃至９
では、酸素原子生成室６とオゾン生成室７４のそれぞれ
にピストンを備えた２シリンダー方式のオゾン発生装置
と、酸素原子生成室にはピストンを備えない１シリンダ
ー方式のオゾン発生装置を記したが、これらを特に使い
分ける必要はなく、前記の全ての実施の形態において１
シリンダー方式および２シリンダー方式のいづれのオゾ
ン発生装置を使用してもよい。１シリンダー方式と２シ
リンダー方式のいずれを用いるかによって装置の構成が
若干変わるだけなので、実施の形態１乃至９と同等の効
果を得ることができる。

【００７０】実施の形態１１．前記実施の形態１乃至１
０のオゾン発生装置では、酸素原子生成室６で生成され
た酸素原子含有ガスと酸素を含む反応ガスを混合する
際、両者を同時にオゾン生成室内部に吸引するように構
成したが、本実施の形態１１では、酸素原子の再結合反
応による消失を抑えるために酸素原子生成室よりも低圧
力を維持しながら酸素原子含有ガスをオゾン生成室内部
に吸引する手段として、酸素原子含有ガスを反応ガスよ
り先にオゾン生成室内部に吸引するように構成する。す
なわち、実施の形態４で示したオゾン発生装置を例にと
ってその動作を説明すると、酸素原子生成室６で生成さ
れた酸素原子含有ガスの、酸素原子含有ガス導入口７６
からオゾン生成室７４内部への吸引が開始された時点で
は、第１段目のオゾン生成室の反応ガス入口１および第
２段目以降のオゾン生成室のオゾンガス供給管７９は閉
じた状態にあり、酸素原子含有ガス吸入の開始以降に、
時間的な遅れをおいてこれらの反応ガスの入口を開き酸
素原子含有ガスと反応ガスの混合を行うというものであ
る。

【００７１】本実施の形態のように構成されたオゾン発
生装置では、酸素原子の再結合反応による消失を抑制し
ながら、酸素原子含有ガスと反応ガスとのより均一な混
合を行うことができるため、より一層高効率でオゾンを
発生できる。

【００７２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。

【００７３】本発明の第１の構成によれば、供給された
酸素ガスを大気圧以下の所定の低圧力下で解離させて酸
素原子を含む第１のガスを生成する酸素原子生成工程
と、酸素原子生成工程で生成された酸素原子を含む第１
のガスと酸素を含む第２のガスを充分に混合した後に、
上記酸素原子生成工程より高い圧力下で反応させてオゾ
ンを生成するようにしたので、酸素原子からオゾンへの
変換を高効率に行えるオゾン発生方法を提供できる。

【００７４】本発明の第２の構成によれば、第１の構成
で示したオゾン生成工程を繰り返し行えるようにしたの
で、連続的に高効率でオゾンを生成するオゾン発生方法
を提供できる。

【００７５】本発明の第３の構成によれば、オゾン生成
工程は非放電でオゾンを生成するので、第２のガスとし
て空気を用いてもＮＯx によるオゾンの分解も生じない
ので、空気を反応ガスとした安価で、かつ非常に高効率
なオゾン発生方法を提供できる。

【００７６】本発明の第４の構成によれば、２回目以降
のオゾン生成工程において、第２のガスとして前のオゾ
ン生成工程で生成されたオゾンおよび酸素を含むガスを
用い、それぞれの工程で生成されたオゾンを累積するよ
うにしたので、酸素原子からオゾンへの変換は高効率を
維持したままで、高濃度のオゾンを得ることができるオ
ゾン発生方法を提供できる。

【００７７】本発明の第５の構成によれば、酸素原子生
成工程において、酸素ガスを解離させる手段として非平
衡放電を用いたので、ガス温度が低い状態で酸素分子を
解離でき、オゾン生成工程において、第２のガスと混合
した後のガス温度も低く抑えられるので、非常に高効率
なオゾン発生方法を提供できる。

【００７８】本発明の第６の構成によれば、酸素原子生
成工程は酸素ガスを解離させる手段として熱プラズマを
用い、オゾン生成工程は第１のガスと第２のガスの混合
過程においてこの混合ガスを冷却するようにしたので、
非平衡放電による酸素原子生成による方法と同等の効率
を有したオゾン発生方法を提供できる。

【００７９】本発明の第７の構成によれば、供給された
酸素ガスを吸入するための吸引手段を有し、吸引した酸
素ガスを大気圧以下の所定の低圧力下で解離させて酸素
原子を含む第１のガスを生成する酸素原子生成部と、こ
の酸素原子生成部で生成された酸素原子を含む第１のガ
スと酸素を含む第２のガスを吸引した後に充分に混合す
るための吸引手段を有し、酸素原子生成部より高い圧力
下で反応させてオゾンを生成するオゾン生成部によりオ
ゾンを生成するように構成したので、酸素原子からオゾ
ンへの変換を高効率に行えるオゾン発生装置を提供でき
る。

【００８０】本発明の第８の構成によれば、請求項７で
示したオゾン発生装置においてオゾンの生成を繰り返し
行えるよう構成したので、連続的に高効率でオゾンを生
成するオゾン発生装置を提供できる。

【００８１】本発明の第９の構成によれば、オゾン生成
部は非放電でオゾンを発生するので、第２のガスとして
空気を用いてもＮＯx によるオゾンの分解も生じないの
で、空気を反応ガスとした安価で、かつ非常に高効率な
オゾン発生装置を提供できる。

【００８２】本発明の第１０の構成によれば、オゾン生
成部の第２のガスの取入口にガス貯留用の容器を備え、
２回目以降のオゾン生成工程では、第２のガスとして前
のオゾン生成工程で生成されたオゾンおよび酸素を含む
ガスを用い、それぞれの工程で生成されたオゾンを累積
するように構成したので、酸素原子からオゾンへの変換
は高効率を維持したままで、高濃度のオゾンを得ること
ができるオゾン発生装置を提供できる。

【００８３】本発明の第１１の構成によれば、供給され
た酸素ガスを吸入するための吸引手段を有し、吸引した
酸素ガスを大気圧以下の所定の低圧力下で解離させて酸
素原子を含む第１のガスを生成する酸素原子生成部と、
この酸素原子生成部で生成された酸素原子を含む第1の
ガスと酸素を含む第2のガスを吸引した後に、充分混合
するための吸引手段を有し、酸素原子生成部より高い圧
力下で反応させてオゾンを生成する複数のオゾン生成部
を直列に配設し、前段のオゾン生成部で生成されたオゾ
ンを含有する上記第２のガスを後段のオゾン生成部に順
次送給し、それぞれのオゾン生成部で生成されたオゾン
が累積されるように構成したので、酸素原子からオゾン
への変換は高効率を維持したままで高濃度のオゾンを得
ることができるオゾン発生装置を提供できる。

【００８４】本発明の第１２の構成によれば、複数のオ
ゾン生成部は個別の酸素原子生成部がそれぞれ近接して
設けられ、生成された酸素原子は短時間で反応ガスと混
合されるので、寿命の短い酸素原子が反応ガスと混合さ
れる以前に再結合等で消失する確率が小さくなり、生成
された酸素原子は効率よく反応ガスと混合されるので、
より高効率でオゾンを生成できる。

【００８５】本発明の第１３の構成によれば、第１２の
構成の発明において、直列に配置された個々のオゾン生
成室を一体化して構成しているので、高濃度のオゾンを
高効率で得ることができるとともに、よりコンパクトな
オゾン発生装置を提供できる。

【００８６】本発明の第１４の構成によれば、酸素原子
生成部において、酸素ガスを解離させる手段として非平
衡放電を用いたので、ガス温度が低い状態で酸素分子を
効率よく解離でき、また、オゾン生成部において第２の
ガスと混合された後のガス温度も低く抑えられ、かつオ
ゾン生成部は放電に晒されないので生成されたオゾンの
分解もなく、非常に高効率な オゾン発生装置を提供で
きる。

【００８７】本発明の第１５の構成によれば、酸素原子
生成部は酸素ガスを解離させる手段として熱プラズマを
用い、オゾン生成部において第１のガスと第２のガスの
混合過程で、この混合ガスは冷却されるので、熱プラズ
マを用いて酸素原子を生成しても非平衡放電による酸素
原子の生成による方法と同等の効率を有したオゾン発生
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に関連するオゾン発生装置の概略構成
を示す断面図である。

【図２】 計算機シミュレーションの結果から図１のオ
ゾン発生装置と従来の無声放電式オゾン発生装置のオゾ
ン生成効率を比較した図である。

【図３】 反応ガスに添加される酸素原子の濃度とオゾ
ン変換効率の関係を示す図である。

【図４】 反応ガスに対して添加される酸素原子の総濃
度をパラメータとして、酸素原子の分割注入回数とオゾ
ン変換効率の関係を示す図である。

【図５】 図４のデータを生成されるオゾン濃度を横軸
（対数目盛り）にとって示した図である。

【図６】 図５の縦軸および横軸を線形目盛りで書き換
えた図である。

【図７】 本発明の実施の形態１によるオゾン発生装置
の概略構成を示す断面図である。

【図８】 本発明の実施の形態１によるオゾン発生装置
の動作を説明する図である。

【図９】 本発明の実施の形態２によるオゾン発生装置
の概略構成を示す断面図である。

【図１０】 本発明の実施の形態３によるオゾン発生装
置の概略構成を示す断面図である。

【図１１】 本発明の実施の形態３によるオゾン発生装
置の第１ステージにおけるオゾン生成工程を示す図であ
る。

【図１２】 本発明の実施の形態３によるオゾン発生装
置の第２ステージ以降のオゾン生成工程を示す図であ
る。

【図１３】 本発明の実施の形態３によるオゾン発生装
置の最終ステージのオゾン生成工程を示す図である。

【図１４】 本発明の実施の形態４によるオゾン発生装
置の概略構成を示す断面図である。

【図１５】 本発明の実施の形態４によるオゾン発生装
置の動作を示す図である。

【図１６】 本発明の実施の形態５によるオゾン発生装
置の概略構成を示す断面図である。

【図１７】 本発明の実施の形態５によるオゾン発生装
置の概略構成を示す斜視図である。

【図１８】 本発明の実施の形態６によるオゾン発生装
置の概略構成を示す断面図である。

【図１９】 本発明の実施の形態７によるオゾン発生装
置の概略構成を示す断面図である。

【図２０】 本発明の実施の形態７によるオゾン発生装
置の動作を示す図である。

【図２１】 本発明の実施の形態７によるオゾン発生装
置の動作を示す図である。

【図２２】 本発明の実施の形態９の概略構成を示す断
面図と、そのオゾン生成工程を示す図である。

【図２３】 本発明の実施の形態９の概略構成を示す断
面図と、そのオゾン生成工程を示す図である。

【図２４】 従来の無声放電式オゾン発生装置の概略構
成を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 反応ガス入口、５ オゾン含有ガス出口、６ 酸素
原子発生器、７ 放電室、８ 原料気体入口、７４ オ
ゾン生成室、７５ ピストン、７７ 回転機、７８ ガ
ス貯留用容器、７９ オゾン含有ガス送給管、８０ 酸
素ガス供給室、８１ 酸素ガス供給管、８２ 酸素原子
含有ガス排気口、８３ オゾン含有ガスバイパス管、８
４ 酸素原子含有ガス供給管。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給された酸素ガスを大気圧以下の所定
   の低圧力下で解離させて酸素原子を含む第１のガスを生
   成する酸素原子生成工程と、上記酸素原子生成工程で生
   成された酸素原子を含む第１のガスと酸素を含む第２の
   ガスをよく混合した後に、上記酸素原子生成工程より高
   い圧力下で反応させてオゾンを生成するオゾン生成工程
   とからなることを特徴とするオゾン発生方法。
2. 【請求項２】 上記酸素原子生成工程と、上記オゾン生
   成工程とを繰り返すことにより、連続的にオゾンを生成
   することを特徴とする請求項１記載のオゾン発生方法。
3. 【請求項３】 第２のガスとして空気を用いたことを特
   徴とする請求項１または請求項２記載のオゾン発生方
   法。
4. 【請求項４】 ２回目以降のオゾン生成工程において、
   第２のガスとして前のオゾン生成工程で生成されたオゾ
   ンおよび酸素を含むガスを用い、累積的にオゾン濃度を
   高めることを特徴とする請求項２記載のオゾン発生方
   法。
5. 【請求項５】 酸素原子生成工程は酸素ガスを解離させ
   る手段として非平衡放電を用いたことを特徴とする請求
   項１乃至請求項４のいずれかに記載のオゾン発生方法。
6. 【請求項６】 酸素原子生成工程は酸素ガスを解離させ
   る手段として熱プラズマを用いたことを特徴とする請求
   項１乃至請求項５のいずれかに記載のオゾン発生方法。
7. 【請求項７】 供給された酸素ガスを吸入するための吸
   引手段を有し、上記酸素ガスを大気圧以下の所定の低圧
   力下で解離させて酸素原子を含む第１のガスを生成する
   酸素原子生成部と、上記酸素原子生成部で生成された酸
   素原子を含む第１のガスと酸素を含む第２のガスを吸
   引、混合するための吸引手段を有し、上記酸素原子生成
   部より高い圧力下で反応させてオゾンを生成するオゾン
   生成部とを備えたことを特徴とするオゾン発生装置。
8. 【請求項８】 上記酸素原子生成と、上記オゾン生成と
   を繰り返し行う機構を備えたことを特徴とする請求項７
   記載のオゾン発生装置。
9. 【請求項９】 第２のガスとして空気を用いたことを特
   徴とする請求項７または請求項８記載のオゾン発生装
   置。
10. 【請求項１０】 酸素を含む第２のガスの取入口にガス
    貯留用の容器を備え、２回目以降のオゾン生成工程では
    第２のガスとして前のオゾン生成工程で生成されたオゾ
    ンおよび酸素を含むガスを用い、累積的にオゾン濃度を
    高めることを特徴とする請求項８記載のオゾン発生装
    置。
11. 【請求項１１】 供給された酸素ガスを吸入するための
    吸引手段を有し、上記酸素ガスを大気圧以下の所定の低
    圧力下で解離させて酸素原子を含む第１のガスを生成す
    る酸素原子生成部と、上記酸素原子生成部で生成された
    酸素原子を含む第1のガスと酸素を含む第2のガスを吸
    引、混合するための吸引手段を有し、上記酸素原子生成
    部より高い圧力下で反応させてオゾンを生成する複数の
    オゾン生成部を備え、上記複数のオゾン生成部を直列に
    配設し、前段のオゾン生成部で生成されたオゾンを含有
    する上記第２のガスを後段のオゾン生成部に順次送給
    し、それぞれのオゾン生成部で生成されたオゾンが累積
    されるようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。
12. 【請求項１２】 複数のオゾン生成部は、個別の酸素原
    子生成部がそれぞれ近接して設けられていることを特徴
    とする請求項１１記載のオゾン発生装置。
13. 【請求項１３】 酸素原子生成部およびオゾン生成部が
    一体化されたことを特徴とする請求項１２記載のオゾン
    発生装置。
14. 【請求項１４】 酸素原子生成部における酸素ガスを解
    離させる手段として、非平衡放電を用いたことを特徴と
    する請求項７乃至請求項１３のいずれかに記載のオゾン
    発生装置。
15. 【請求項１５】 酸素原子生成部における酸素ガスを解
    離させる手段として、熱プラズマを用いたことを特徴と
    する請求項７乃至請求項１３のいずれかに記載のオゾン
    発生装置。