WO2004058637A1

WO2004058637A1 - オゾン発生装置

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Publication number: WO2004058637A1
Application number: PCT/JP2003/016637
Authority: WO
Inventors: Shunji Namikawa; Hiroshi Iwata
Original assignee: Shunji Namikawa; Hiroshi Iwata
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2004-07-15
Also published as: KR20060010714A; CN1732124A; CN1330558C; JP2004203701A; KR100904876B1; JP4061373B2

Abstract

絶縁板体（２１，１８１）の左右端部に絶縁体よりなる中空箱部（２２、２３，１８２、１８３）を立設し２本の単極型ガス封入放電管（２４、２５，１０５、１０６，１８４、１８５）をそれぞれの電極（２６、２７，１０３、１０４，１８６、１８７）の位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記電極が設けられたそれぞれの端部を上記中空箱部の壁部に設けられた溝又は孔（３０、３１、１９０、１９１）を経て上記中空箱部内に収納し、他方の無電極側端部は上記中空箱部外に位置するようになすとともに、上記中空箱部内に絶縁材を充填したことを特徴とするオゾン発生装置を構成することにより、長期の使用等の際に上記放電管周辺に結晶物が堆積した場合でもオゾン発生の安定した供給を可能とする。更には、低消費電力化、オゾン発生量の増強等を効率的になすオゾン発生装置を提供するために、ガス放電管（２４、２５，１０５、１０６，１８４、１８５）のガス圧を４００Ｔｏｒｒ以下の圧力とすることを特徴とする。

Description

明細書オゾン発生装置技術分野

本発明は、気体プラズマ放電によるオゾン発生装置に関し、特に、民生用の脱臭、殺菌、防かび、油性成分の分解、アルカリイオン水の製造等に用いるオゾン発生装置に関する。背景技術

オゾン発生装置は、従来より種々のタイプがあるが、その中で、図 1 に示すように、両端を封じてガスを封入したガラス管 1、 2の一端部のみに電極 3、 4の設けられた 2本の単電極ガス封入ガラス放電管 5、 6 を、上記電極位置が互いに逆向きにして略平行に配設し、その 2本の電極 3、 4に高周波電圧を印加することでオゾンを発生する装置がある（例えば、特許第 2 6 4 4 9 7 3号公報参照。）。尚、図 1において、 1 一、 2 'は 2本の放電管 5、 6を並設するための結束バンドである。

かかる従来例において、両電極間に 1 O K V / 4 5 K H zの高周波電圧を印加して 1 5 p p mのオゾンを発生させた場合に、累積高周波電圧印加時間とオゾン発生環境によつて放電管周辺に白色の結晶物が堆積されることが判明した。この堆積物は図 2の 7に示されるように対接する放電管 5、 6の接合部から電極の引き出し部 8、 9まで堆積され、ォゾン発生量に影響することが判明した。尚、図 2において、 1 0は発振回路、 1 1は昇圧トランス、 1 2は同トランス 1 1の 2次巻線を示す。図 3は、累積高周波印加時間に対しオゾン発生量の変化を示している。周辺環境（温度と湿度）が 2 5 °C / 6 0 %のとき (以下、 A環境と略記する。）のオゾン発生量 A に対し、周辺環境が 2 5 °C / 9 0 %となったとき（以下、 B環境と略記する。）のオゾン発生量 B が、 1 5 0 0時間をこえた範囲で大幅に減少していることが判る。

この原因は、図 2の堆積物 7が A環境時よりも B環境時における堆積物の密度が多くなるために相対する放電管の電界印加に影響を与えるためである。またこの現象を電気回路的に見ると、堆積物 7は放電管 5、 6の電極引き出し部 8、 9の近傍まで堆積されることから、昇圧トランス 1 1 の負荷側より見たィンピーダンスも堆積物 7の発生量に比例して低下することが判明した。すなわち、発振回路 1 0の負荷インピーダンスが低下すると、昇圧トランス 1 1を介して印加される二次巻線 1 2よりの印加電圧も低くなり、オゾン発生量を減少させる結果となる。

しかも、堆積物 7の堆積状況は放電管の形状、対向する放電管のギヤップ、印加される高周波電圧、発振回路の出力インピーダンス等々によつて変化するが、図 3の従来例で急峻にオゾン量が減少する分岐点 Pが電気回路的に重大な問題を引き起こす要因となる。

すなわち、 B環境において累積印加時間が 1 5 0 0時間までは堆積物 7の堆積量に比例して電極引き出し部 8、 9両端から見たィンピーダンスは低下して、オゾン発生量が低下する。累積印加時間が 1 5 0 0時間に達すると堆積物 7の絶縁破壊が発生して、堆積物 7がコロナ放電の断続的な印加によってカーボン化して、急激なィンピーダンス低下が起こり二次巻線 1 2の電圧が低下すると同時に発振回路 1 0は過負荷状態となってしまう。その結果、後述する発振回路 1 0内のトランジスタ一等の電子部品の発熱を加速して、熱暴走状態としてしまう危険性があった。次に堆積物 7の発生は前述したような累積印加時間以外に印加高周波電圧にも大きく依存する。図 4に印加高周波電圧を 1 0 . 0 K Vと 8 . 0 K Vとしたときのオゾン発生量の累積高周波印加時間に対する変化を示す。従って、必要オゾン量に対して最低の高周波印加電圧で動作させることが望ましい。しかし、一般的に印加高周波電圧を発生する回路は、図 5で示されるような自励式のインパーター回路が用いられ、昇圧トランス Tの卷き数比で一義的に決定されることから、負荷に対応して最適点に調整することが困難であった。

更に、比較的少量のオゾンによる室内用の防臭装置や車載用の防臭装置においては電源よりの消費電力を出来る限り少なくすることが求められ、特に車載用の装置にあっては、電源が自動車の蓄電池から供給されることから、省電力設計が求められる。また、比較的多量のオゾンによる、商業ベースでの厨房等で使用されるオイル分解には多量のオゾンを効率よく発生させる必要があった。

本発明は上記に鑑みなされたもので、その第 1の目的は、堆積物が堆積されても電気回路的に放電管のィンピーダンスの低下を招かない、放電管の実装構造を提供するもので極めて組み立てやすい量産効率にも配慮したオゾン発生装置を提供するものであり、さらには、インバーター回路内のキックバック電圧を可変することで、必要オゾン量に対して最適の高周波印加電圧を与えるためのィンバーター回路をも提供するものである。

また、本発明の第 2の目的は、放電管の内部に封入されるガス圧とォゾン発生量の関連に着目し、必要オゾン量に対して最も効率の良いガス圧を設定するものであり、さらには、上記オゾン発生に適した高効率な放電管を最適な状態で、駆動する電気回潞との組み合わせを提案するものである。発明の開示

上記目的を達成するために、本願第 1 の発明は、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管の上記電極の引き出し部を樹脂絶縁体で包囲するとともに、上記 2本の放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、このような構成とすることにより、従来のような堆積物の堆積があったとしても、電気回路的に放電管のィンピーダンスの低下を招かず、オゾン発生の安定的な供給が可能となる。

又、本願第 2の発明は、絶縁板体の左右端部に絶縁体よりなる中空箱部を立設し、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記電極が設けられたそれぞれの端部を上記中空箱部の壁部に設けられた溝又は孔を経て上記中空箱部内に収納し、他方の無電極側端部は上記中空箱部外に位置するようになし、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、絶縁体よりなる中空箱部の内外に放電管の端部を位置させることによって 2本の放電管間の絶縁が良好となり、従来のような堆積物の生成があつたとしても、電気回路的に放電管のインピーダンスの低下を招かず、オゾン発生の安定的な供給が可能となる。

又、本願第 3の発明は、絶縁板体の左右端部に絶縁体よりなる中空箱部を立設し、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記電極が設けられたそれぞれの端部を上記中空箱部の壁部に設けられた溝又は孔を経て上記中空箱部内に収納し、他方の無電極側端部は上記中空箱部外に位置するようになすとともに、上記中空箱部内に絶縁材を充填し、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、放電管の電極引き出し部を絶縁体で包囲するための簡便で、確実な手段を提供することができる。

又、本願第 4の発明は、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管の上記電極の引き出し部側のそれぞれを、一方に上記放電管外径と略同一径の貫通孔と他方に上記電極の引き出し部と略同一径の貫通孔を有するブッシングによつて被覆するとともに、上記 2本の放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、このような構成とすることにより、従来のような堆積物が生成されても電気回路的に放電管のィンピーダンスの低下を招かず、オゾン発生の安定的な供給が可能な簡便な構造を提供することができる。

更に又、本願第 5の発明は、高周波電圧を発生するインバーター回路のキックバック電圧を.可変にすることを特徴とするオゾン発生装置であり、このような構成とすることにより、前記第 1〜第 4の発明による効果に加えて、必要なオゾン量に対して最適の高周波印加電圧を供給することを可能にし、堆積物の発生を極力抑える等、高効率のオゾン発生装置を提供することができる。

以下、本願第 6〜第 1 6の発明は、本発明の第 2の目的を達成するための構成である。

本願第 6の発明は、ガスを 4 0 0 T o r r以下の圧力で封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管の上記電極の引き出し部を樹脂絶縁体で包囲するとともに、上記 2本の放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、これによりオゾン発生効率の良い装置を提供することができる。

又、本願第 7の発明は、ガスを 4 0 0 T o r r以下の圧力で封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管の上記電極の引き出し部側のそれぞれを、一方に上記放電管外径と略同一径の貫通孔と他方に上記電極の引き出し部と略同一径の貫通孔を有するプッシングによって被覆するとともに、上記 2本の放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、このような構成とすることにより、極めて実用的な構造であるとともにオゾン発生効率の良い装置を提供することが可能となる。又、本願第 8の発明は、絶縁板体の左右端部に絶縁体よりなる中空箱部を立設し、ガスを 4 0 0 T o r r以下の圧力で封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記電極が設けられたそれぞれの端部を上記中空箱部の壁部に設けられた溝又は孔を経て上記中空箱部内に収納し、他方の無電極側端部は上記中空箱部外に位置するようになし、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、これにより実用的な構造であるとともにオゾン発生効率の良い装置を提供することが可能となる。又、本願第 9の発明は、電極の材料としてタングステンもしくはニッケルを、又は電極として焼結電極を選択するものであり、これにより上記第 6〜第 8の発明による効果に加えて、電極のスパッターを少なくして装置の長寿命化を実現することができる。

又、本願第 1 0の発明は、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた 3本以上の放電管を、上記各放電管の電極位置が順次互いに逆向きになるように、かつほぼ平行に近接して並設し、上記各放電管の電極位置が同じ側に存する各放電管のそれぞれの電極を互いに電気的に共通接続することによって 2端子としてとりまとめ、上記 2端子間に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、この構成を用いることにより、種々のオゾン量に対応できる実用的な装置を提供することが可能となる。又、本願第 1 1の発明は、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管を、上記各電極位置が互いに逆向きにかつほぼ平行に近傍して並設して一つの放電管プロックを形成するとともに、上記放電管プロックを 2つ以上電気的に並列に接続して、上記並列に接続された放電管ブロック体に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、このような構成とすることにより、種々のオゾン量に対応できる極めて実用的な装置を提供することができる。

又、本願第 1 2の発明は、上記第 1 0又は第 1 1の発明のオゾン発生装置におけるガスの封入圧を 4 0 0 T o r r以下とするものであり、これにより上記第 1 0や第 1 1の発明による装置よりも高効率の装置を得ることができる。

又、本願第 1 3、第 1 4及び第 1 5の発明は、それぞれ高周波電圧を発生するィンバーター回路における電源電圧を可変にする手段、同インバーター回路においてデューティ'比の可変制御を行う手段及び同ィンバ一ター回路の出力段トランジスターのバイアスレベルを可変制御する手段を備えるものであり、いずれも発生オゾン量を有効に制御することができる。

又、本願第 1 6の発明は、高周波電圧を発生するインバーター回路の出力段トランジスターの主端子（FETにおいては、ドレイン及びソース、バイポーラトランジスターにおいては、コレクター及びェミッタ一）間電圧を、上記インバーター回路の定電圧回路、デューティ回路又はバイァスレベル可変回路にフィードバックするものであり、これにより発生オゾン量を有効に制御することができる。図面の簡単な説明

図 1は、従来のオゾン発生装置の要部を説明するための図であり、図 2は、従来のオゾン発生装置の問題点を説明するための図であり、図 3は、従来のオゾン発生装置の特性の一例を示す図であり、図 4は、従来のオゾン発生装置の特性の一例を示す図であり、図 5は、従来のオゾン発生装置に使われる高周波電圧発生回路図であり、

図 6は、本発明の一実施例におけるオゾン発生装置の要部を示す斜視図であり、

図 7は、本発明の一実施例におけるオゾン発生装置の要部の一部切欠斜視図であり、

図 8は、本発明の他の実施例におけるオゾン発生装置の要部の斜視図であり、

図 9は、本発明の一実施例に使われる高周波電圧発生回路図であり、図 1 0は、オゾン発生装置の高周波電圧発生回路の特性を示す図であり、

図 1 1は、オゾン発生装置の高周波電圧発生回路の特性を示す図であり、

図 1 2は、本発明の一実施例におけるオゾン発生装置の要部を説明するための図であり、 .

図 1 3は、本発明の一実施例におけるオゾン発生装置の要部を説明するための図であり、

図 1 4は、本発明の一実施例において使用したガス封入放電管を説明するための図であり、

図 1 5は、本発明の一実施例において使われる高周波電圧の波形を示す図であり、

図 1 6は、オゾン発生装置におけるオゾン発生量とガス圧の関係を示す図であり、

図 1 7は、本発明の一実施例におけるガス封入放電管の要部斜視図であり、

図 1 8は、オゾン発生装置における高周波印加電圧のデューティとォゾン発生量の関係を示す図であり、 .

図 1 9は、本発明の一実施例におけるガス封入放電管の接続の一例を示す図であり、

図 2 0は、本発明の一実施例におけるガス封入放電管の接続の他の例を示す図であり、

図 2 1は、本発明の一実施例に使われる高周波電圧発生回路図であり、図 2 2は、本発明の一実施例の高周波電圧発生回路における電圧波形を示す図であり、

図 2 3は、本発明の一実施例の電圧波形を示す図であり、

図 2 4は、高周波電圧発生回路の特性を示す図であり、

図 2 5は、本発明の一実施例に使われる高周波電圧発生回路図であり、図 2 6は、本発明の一実施例に使われる高周波電圧発生回路図であり、図 2 7は、本発明の一実施例に使われる高周波電圧発生回路図である。発明を実施するための最良の形態

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。図 6は本発明の一実施例の斜視図である。図 6において、 2 1はオゾンに侵されない塩化ビニール、フッ素系樹脂、 A C S (商品名）等の材質からなる絶縁板体で、左右端部に中空箱部 2 2、 2 3を立設している。 2 4、 2 5はガスを封入したガラス管の一端部のみに電極 2 6、 2 7が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管であり、上記電極 2 6、 2 7が設けられたそれぞれの端部、即ち電極引き出し部 2 6 ,、 2 7 'を上記中空箱部の壁部 2 8、 2 9に設けられた溝又は孔 3 0、 3 1を経て上記中空箱部 2 2、 2 3内に他方の無電極側端部 3 2、 3 3は上記中空箱部 2 2、 2 3の外に位置するように配置している。その後、中空箱部 2 2、 2 3内にはシリコン樹脂等の絶縁材を気泡を除去しながら充填し、電極引き出し部 2 6 、 2 7 ,を完全な絶縁構造としたものである。

本発明の前記第 1 目的関連の第 1の実施例はこのような構成からなるオゾン発生装置を提供するもので、上記した堆積物が放電管 2 4、 2 5 に堆積しても、電極引き出し部 2 6 '、 2 7 'が中空箱部 2 2、 2 3内のシリコン樹脂等と箱体壁部 2 8、 2 9によって完全に電気的に絶縁されているため、堆積物の電気的な要因によるオゾン減衰を完全になくすることができた。また、前記した堆積物のカーボン化によるインピーダンスの低下も前記構成からその影響がなくなり、本発明はトランジスタ一の熱暴走のような致命的な欠陥が防止できる有効な手段である。

さらに、中空箱部 2 2、特にその壁部 2 8を詳細に示したものが図 7 で、例えば図 6に示す放電管 2 5の無電極側端部 3 2は図示形状の放電管受け部 3 8によって支持する構造となっている。また、 2本の放電管 2 4、 2 5の間隔は溝 3 0と放電管受け部 3 8の内側との間隔 1 によつて決定できる。

尚、上記の実施例は中空箱部 2 2、 2 3内にシリコン樹脂等の絶縁材を充填した事例であるが、絶縁材の中空箱部内への充填は必ずしも必要でない。すなわち充填しない状態でも、電極引き出し部が中空箱部内に収納されているため絶縁体よりなる中空箱部によって従前のような事例よりも格段に電極引き出し部間の絶縁が高まり堆積物の生成があつたとしても、電気回路的に放電管のィンピーダンスの低下を招かない。

図 8は本発明の第 1 目的関連の第 2の実施例で、放電管 2 4、 2 5の電極引き出し部 2 6 、 2 Ί 'をオゾンに侵されにくいシリコン等の材料で成型した、一方に放電管外径と略同一径の貫通孔を他方に電極引き出し部と略同一径の貫通孔を有するブッシング 3 9、 4 0内に挿入し、シリコン電線等 3 4、 3 5によってプッシング 3 9、 4 0のもう一方の側より引き出した構成とし、さらに放電管 2 4、 2 5をプッシングの側壁 4 1、 4 2に密着させて結束バンド 4 3、 4 4で結束させたものである。勿論、結束バンドもオゾンに侵されないシリコン等の材料で出来ている。

第 2の実施例の場合には、放電管 2 4、 2 5のギャップはプッシングの側壁 4 1、 4 2の肉厚で決定される。前述した堆積物 7は放電管 2 4、 2 5の近傍部分に最も多く発生するものであるから、放電管 2 4、 2 5 が密着していた場合には累積高周波印加時間の比較的早い段階で堆積物による電気的短絡が発生する。放電管 2 4、 2 5にギャップを設けることで、密着していた場合に比較して堆積物 7による電気的短絡を起こりにくくすることが出来る。したがって、放電管 2 4、 2 5のギャップは大きくするにこしたことはないが、表 1に一事例を示すようにギャップを大きくとりすぎるとオゾン発生量を減少させてしまう傾向がある。そこで、最終的な堆積物 7の堆積時間即ち、累積高周波印加時間を延ばすためのギヤップ巾の拡大はオゾン量の発生量とのバランスで決定される。

【表 1 】

次に前述したオゾン発生量を必要最低限に調整するための、印加高周波電圧を可変できる回路について説明を行う。

図 9は本発明に於ける回路実施例を示し、電源として A C 1 0 0 V入力の自励ィンバーター回路である。端子 4 5、 4 6より A C 1 0 0 Vが入力され、ノィズフィルター回路 4 7を経て全波整流ブリッジ 4 9で整流されて直流電圧が平滑コンデンサー 5 0に充電される。係る直流電圧はインバーター回路を介して負荷の放電管プロック C (例えば第一の実施例のオゾン発生部）へ印加高周波電圧を供給する構成からなっている。

本回路実施例における基本回路部は一般的に知られた回路構成によるため、詳細な動作説明は省略するが、印加高周波電圧を可変するための回路として、トランジスター 5 5のベース側に発生する昇圧トランス 4 8の一次卷線 5 6のキックバック電圧と比例したベース卷線 5 7の電圧をバイパスする回路 5 8を設けたものである。バイパス回路 5 8は高周波ダイォード 5 2、抵抗 5 3、可変抵抗 5 4で構成され、ベース卷線 5 7に発生する発振休止期間のキックバック電圧を可変抵抗 5 4により適時に放出するものである。

この状況を放電管プロック Cへの印加高周波電圧と一次卷線 5 6のキックバック電圧の関連で示したものが図 1 0である。印加高周波電圧は図示の 5 9で、トランジスター 5 5のコレクター · エミッタ一間電圧を V c _ e 6 0、 6 1 、 6 2で示している。

今、可変抵抗 5 4の抵抗値の低かった場合にはキックバック電圧を多くバイパスするので V c — e 6 0の肩部電圧 6 0 'が低くなり、印加高周波電圧が 1 2 . 0 K Vとなる。一方、可変抵抗 5 4の抵抗値が高かつた場合にはキックバック電圧のバイパス量が少なくなり V c — e 6 2の肩部電圧 6 2 'が高くなり、印加高周波電圧が 7 . 8 K Vとなるものである。尚、 6 1 、 6 1 はそれらの中間の V c _ e及び肩部電圧を示すもので、印加高周波電圧は 1 0 . 2 K Vとなっている。

本発明の回路実施例はこの様にィンバーター回路のベース側に挿入した可変抵抗 5 4の抵抗値で印加高周波電圧を可変できるので、負荷である放電管プロック Cに必要最小限の電圧に出力を調整できる特徴がある。また、可変抵抗 5 4の抵抗値と印加高周波電圧の関連を示したグラフが図 1 1の様になり、ほぼ直線的な比例関係となっている。さらに、本発明の回路実施例にはィンダクタ一 6 3を設けている。この目的は前述した如く堆積物がカーボン化して、ィンバーター回路が過負荷になっても発振停止を起こさせないための回路である。また、発光ダイオードを含む表示回路 6 4は放電管プロックの動作を表示するための回路である。更に以下、前記第 2の目的に関連し、本発明のいくつかの実施例について説明する。図 1 2、図 1 3は各実施例の要部を説明するための図である。図 1 2において、両端を封じてガスを封入したガラス管 1 0 1、 1 0 2の一端部のみに電極 1 0 3、 1 0 4の設けられた 2本の単電極ガス封入ガラス放電管 1 0 5、 1 0 6を図示のように略平行に近接して並設し、それぞれの電極引き出し部 1 0 7、 1 0 8をプッシング 1 0 9、 1 1 0を介して引き出し、両電極 1 0 3、 1 0 4に高周波電圧を印加する装置である。なお、 1 1 1、 1 1 2は放電管 1 0 5、 1 0 6を並設するための結束バンドである。

又、図 1 3において、 1 8 1はオゾンに侵されない塩化ビニール、フッ素系樹脂、 A C S (商品名）等の材質からなる絶縁板体で、左右端部に中空箱部 1 8 2、 1 8 3を立設している。 1 8 4、 1 8 5はガスを封入したガラス管の一端部のみに電極 1 8 6、 1 8 7が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管であり、上記電極 1 8 6、 1 8 7が設けられたそれぞれの端部、即ち電極引き出し部 1 8 6 、 1 8 7 'を上記中空箱部の壁部 1 8 8、 1 8 9に設けられた溝又は孔 1 9 0、 1 9 1を経て上記中空箱部 1 8 2、 1 8 3内に他方の無電極側端部 1 9 2、 1 9 3は上記中空箱部 1 8 2、 1 8 3の外に位置するように配置している。

また、実施例に使用した放電管の寸法を図 1 4に示す。図 1 4において、 1 6 1はガラス管で長さ約 3 4. O mm、外径は約 2. 6 mm、ァ一ク長は約 2 9. 5 mmである。 1 6 2は電極、 1 6 3は電極の外部引出線であり外部引出線を含めた長さは約 3 5. O mmである。上記放電管 2本を図 1 2の様に配置し表 2に定める条件で高周波電圧を印加し、オゾン発生量を測定したものである。表 2の p— pはピークの意味で最大値と最小値間の値を示し、以下も同じである。

【表 2】

表 2のデューティに関して少し説明を加える。すなわち、比較的ォゾン量の多い場合（以下、高ォゾン時という。）の印加時間 5 0 0 m s Z 3 3 %デューティとは、図 1 5。に示されるように、高圧電圧 1 1 3 ( 2 0 k h zの周波数 Z p - p 9 k V) を 5 0 0 m sだけ供給し、次の高圧電圧 1 1 4が供給されるまでの時間を 1 5 0 0 m s とした場合を指す。また、同様に比較的ォゾン量の少ない場合（以下、低オゾン時という。）は、図 1 5の高圧電圧 1 1 3を 3 0 0 m sだけ供給し次の高圧電圧 1 1 4が供給されるまでの時間を 1 5 0 0 m s とした場合を指す。

本発明第 2 目的関連の第 1の実施例では、図 1 4の放電管を図 1 2の放電管 1 0 5、 1 0 6 として 2本用いて内部ガス圧を 7 0 T o r でより 7 0 0 T o r rの間を適時の間隔で変化させ、表 2の条件で高圧電圧を印加して各々のガス圧に対応したオゾン発生量を測定すると、図 1 6のような結果となった（測定エアー量 3 リットル/分）。高圧電圧の印加による高オゾン時 1 1 5、低オゾン時 1 1 6のいずれの場合においても、横軸に示される放電管 1 0 5、 1 0 6の内部ガス圧が 4 0 0 T o r rを超えると、縦軸に示すオゾン量が一定値となる傾向を示すことが判明した。

尚、ガスの種類としては、アルゴン、クリプトン、キセノン、ネオン、へリゥム等の希ガス及び窒素から選ぶことが望ましい。

かかる結果は、例えば低オゾン時 1 1 6において同一条件の高圧電圧を印加しているにもかからず内部ガス圧の低い方がオゾン量の発生が多くなることを示しており、オゾン発生効率の良いことを示している。また、同様に高オゾン時 1 1 5においても同様の結果を示しており、本発明のオゾン発生装置ではオゾン発生効率を高めるためには、内部ガス圧の選択が重要な要素であることが分かる。この様な観点から、オゾン発生量が内部ガス圧による一定値に至らない 4 0 0 T o r r以下の条件で放電管を設計することを提案するものである。尚、図 1 4の放電管を図 1 3の放電管 1 8 4、 1 8 5 として 2本用いて内部ガス圧を種々変化させた場合にも前述と同じような結果が得られた。

しかし、オゾン量の発生効率の観点からは内部ガス圧の低い方が望ましいが、放電管の寿命の点から見ると両電極 1 0 3、 1 0 4等のスパッターが内部ガス圧の低下に比例して大きくなり、短寿命となってしまう問題点があった。

本発明の第 2 目的関連の第 2の実施例は、内部ガス圧の低い場合でもスパッターの少ない両電極 1 0 3、 1 0 4の材料との組み合わせにより寿命を確保しょうとしたものであり、電極材料としてタングステンもしくはニッケルを採用する力、又は電極として焼結電極（ニッケル、タンダステン等の粉末に酸化物を混合して金型で圧縮成形した後に高温で焼成した電極）を採用する。この場合、電極構造として図 1 7に示す中空電極 1 6 2 '等を採用しても良い。なお、本発明の実施例では図 1 4の寸法の放電管の事例で説明したが、本寸法に限定されるものでないことは云うまでもない。

以上第 2 目的関連の第 1、第 2の実施例の高、低オゾン量では家庭用や車載用の脱臭、殺菌装置には充分なオゾン量であるが、油性成分の分解に用いる厨房での用途ではさらに多くのオゾン量が必要になる。

ところが、本発明の実施例で挙げた図 1 4の放電管でさらに多くのォゾンを発生すべく、印加電圧を高くすると、放電管 1 0 5、 1 0 6が発熱してオゾン量の発生に影響を与え始める。その状態を示したものが図 1 8である。印加高周波電圧を 1 0 K Vで、前記したデューティを横軸に、オゾン発生量を縦軸にとると、標準測定モード（エアー量 3 リットル Z分の場合で、以下標準測定という。）では線 1 1 8に示す如き特性となり、デューティが大きくなるに従って、オゾン発生量が飽和する傾向を示す。これは取りも直さず放電管 1 0 5、 1 0 6の過剰発熱によるォゾン量の減衰を示している。

一方、標準測定に対して放電管 1 0 5、 1 0 6の発熱を抑えるために外部よりファンを取り付け、風を送り込むと標準測定では飽和していたものが、線 1 1 7で示す如くオゾン発生量が直線的に伸びる傾向を示し、放電管 1 0 5、 1 0 6の発熱によるオゾン発生量の飽和が発熱によるものであることを証明している。この様な放電管 1 0 5、 1 0 6の発熱によるオゾン発生量の減少を防止すべくなされたものが本発明第 2目的関連の第 3の実施例である。

本発明第 2目的関連の第 3の実施例では、図 1 2で示す放電管 1 0 5、 1 0 6からなる放電管ブロックを並列に接続し、個々の放電管プロックに加えられるエネルギーを分散して加えるものである。模式的に図示したものが図 1 9で放電管プロック 1 1 9、 1 2 0を並列接続したものである。勿論、オゾン発生量をさらに増大させたい時には放電管ブロックをさらに追加して、複数個以上並列にすることで目的を達成することが出来る。また、オゾン量の増大のために単に放電管ブロックを並列に接続するのではなく、図 2 0に示すような 3本の放電管 1 0 5、 1 0 5 ,、 1 0 6を使って放電管プロックを作成することでも同様な効果を持たせることもできる。

以上述べたように本発明は放電管に高周波高電圧を印加してオゾンを発生する装置であって、入力エネルギーに対して最も効率的にオゾンを発生させる方式に関するものである。従って、本発明を実施するに当たつては使われる装置に対応して、必要オゾン量が異なるため最適な入力設定装置が必要になってくる。

この様な観点から必要に応じて入力エネルギーを設定するための装置を本発明第 2 目的関連の第 4の実施例として提供するものである。第 4 の実施例は図 2 1で示される車載用を前提にした回路構成からなっており、その動作を以下に説明する。自動車の蓄電池からは端子 1 2 1 より 1 1〜 1 7 Vの電源が供給されると、 3端子レギュレーター 1 2 2で構成される定電圧回路 1 2 3を介して一定の電圧が負荷回路へ供給される。 3端子レギュレーター 1 2 2 としては代表的な 7 8 / 7 9シリーズ（商品名）で構成されており、可変抵抗 1 2 5によって 1 2 Vの出力に調整されている。

一方、負荷側には放電管 1 0 5、 1 0 6への高周波電圧を作り出すための高周波発振回路 1 2 6、高周波発振回路 1 2 6で作り出された高周波を適時のデューティで間欠駆動する為のデューティ回路 1 2 7、前記高周波発振回路 1 2 6 よりの出力により O N Z O F F駆動される F E T 1 2 8 (勿論バイポーラトランジスタ一構成でも良い）、さらには F E T 1 2 8の駆動によつて所定の高圧電圧に昇圧するための昇圧トランス 1

2 9が接続されている。

まず、前述した表 2の高オゾン量を作り出すための回路動作を第 4の実施例に基づいて説明する。説明の便宜上図 2 2のタイミングチャートを併用する。定電圧回路 1 2 3より図 2 2の Aの時期に 1 2 Vの電圧が供給されると、高周波発振回路 1 2 6は代表的なタイマー I C 5 5 5 (商品名） 1 3 0で構成された発振回路がコンデンサー 1 3 1 と可変抵抗 1

3 2の定数によって f = 0 . 7 / R 1 3 2 X C 1 3 1関連式に基づいた周波数をバイアス抵抗内蔵トランジスター 1 3 3を介して出力される。その出力波形は図 2 2の 1 3 4で示され、前記計算式に基づき 2 0 k h z となるように各定数を設定している。一方、デューティ回路 1 2 7も代表的なタイマー I C 5 5 5 (商品名）で構成され、可変抵抗 1 3' 5 とコンデンサー 1 3 6の定数で決定つけられる t = l . 1 X C 1 3 6 XR 1 3 5の計算式に基づいたタイマー時間の繰り返し波形を、バイアス抵抗内蔵トランジスター 1 3 7を介して出力される。その出力波形は図 2 2の.1 3 8で示され、前記計算式に基つき 5 0 0 m sの O F F時間 1 3 9を、 1 0 0 0 m sの ON時間 1 4 0をつくりだす。この出力波形 1 3 4、 1 3 8が合成された波形が 1 4 1で示され、 F E T 1 2 8のゲート回路に供給される。

F E T 1 2 8のゲートに波形 1 4 1で示される信号が入力されると、その波形の 1 4 2で示される間だけ F E Tが所定の電圧を有する 2 0 k h zの周波数で F E T 1 2 8がドライブされ、ドレイン側に接続されたトランス 1 2 9の一次卷線 1 4 3 と共振コンデンサー 1 4 4との緩やかな共振によって、出力高圧トランス 1 2 9の高圧側 1 4 5に高電圧が出力される。

その波形は図 2 2の 1 4 6で示され、トランス 1 2 9の巻数比ならぴに一次側の共振条件、 F Ε Τ 1 2 8の可変抵抗 1 4 7で決定されるバイァス電圧、数々の定数を適時に設定することで前記した図 1 5 と同等の波形 1 4 6を作り出すものである。

第 4の実施例はこの様な基本動作をするものであるから、実施用例に応じて高、低種々のオゾン量に対応できるものである。その代表例は前記した如く、デューティ回路 1 2 7によるデューティ比の制御により可能である。

また、他の事例としては定電圧回路 1 2 3の電圧を可変することで F E T 1 2 8側への供給電圧を変化させ、電圧の高い場合には高圧出力が高くなり高オゾン量を、電圧の低い場合には高圧出力が低くなり低ォゾン量にすることも出来る。さらには、 F Ε Τ 1 2 8のバイアスを可変抵抗 1 4 7によつて可変することでも、高圧出力の調整ができ、必要に応じて各々の高圧出力調整手段により最適オゾン量の発生に対応付けられる回路を提案するものである。

第 4の実施例では入力が蓄電池から供給される 1 2 Vタイプの代表例で説明したが、 A C 1 0 0 V入力の場合でも電源回路の変更等、部品の定数を変えることで、同様の効果を持たせられることは勿論である。前述したように本発明は用途に応じた適量のオゾンを最も効率よく発生させるものであるが、しかし、装置を長時間使用していくと、前記したように電極スパッターによるオゾン量の低下、放電管ブロックへの不純物の付着で、特に 2本の放電管のギヤップ部分への析出物によるォゾン量の低下、高圧電気回路の実装における、基板や電気配線部への不純物の付着による高電圧の低下等々で寿命にまつわるオゾン量の低下が避けられない状況にあった。

本発明第 2 目的関連の第 5の実施例はこの様な問題点を解決するためになされたものである。前記した長時間使用によるオゾン量の低下をきたす最大の要因は、放電管プロックに加える高圧電圧が前記現象により低下してくることから起こるものである。第 5の実施例ではかかる高圧電圧の低下を検出して、オゾン発生量を増量させる電気回路との組み合わせにより常に一定のオゾン量を発生させる手段に関するものである。本発明第 2 目的関連の第 4の実施例における高圧電圧 1 4 8 と F E T 1 2 8のドレイン一ソース間電圧 1 4 9の実動電圧波形を示したものが図 2 3である。且つ、両者の p— p電圧の間には図 2 4に示されるようにほぼ比例関係にある。これは、昇圧トランス 1 2 9 の一次卷線 1 4 3 と高圧卷線 1 4 5の卷数比で概ね決定されるものである。

本発明第 2 目的関連の第 5の実施例ではこの点に着目して、図 2 5に示すように F E T 1 2 8のドレイン一ソース間の p _ p電圧（以下、 D - S間電圧という。）を一般的なピーク電圧ホールド回路 1 5 0で所定のレベル電圧でホールドさせる。この電圧を定電圧回路 1 2 3に与えることで、第 4の実施例で説明した電圧可変抵抗 1 2 5 と同様な機能で高圧電圧の低下分を補うような回路構成としたものである。従って、前記した現象によって高圧電圧 1 4 8が低下してオゾン量が低下しようとした場合に定電圧回路 1 2 3 より出力電圧が高くなって最終的に高圧電圧 1 4 8よりの低下電圧を補う動作となり常に一定のオゾン量を保つことが出来る。

また、図 2 6はピークホールド回路 1 5 0よりの所定のレベル電圧をデューティ回路 1 2 7に与えるもので、第 4の実施例で説明した可変抵抗 1 3 5 と同様の機能をピークホールド回路 1 5 0よりの電圧によって重量して与え、前記した現象によるオゾン量の低下分をデューティ比率を大きくすることで補おうとしたものである。

本発明の第 5の実施例では直流電源を入力とした回路で説明したが、 A C 1 0 0 V入力の回路でも同様に構成することが出来る。図 2 7は、 A C 1 0 0 Vを入力とした場合の実施例として第 6の実施例を示したものである。

端子 1 5 1、 1 5 2より A C 1 O O Vが入力されると、ノイズフィルター回路 1 5 3を経て全波整流ブリッジ 1 5 4で整流されて直流電圧が平滑コンデンサー 1 5 5に充電される。係る直流電圧はィンバーター回路 1 5 6を介して放電管プロックへ印加高周波電圧を供給する構成からなっている。本回路実施例におけるインバーター回路 1 5 6は一般的に知られた回路構成によるため、詳細な動作説明は省略する。

印加高周波電圧を可変する回路としてトランジスター 1 5 7のベース側に発生する昇圧トランス 1 5 8の一次巻線 1 5 9のキックバック電圧に比例したベース卷線 1 6 0 の電圧をバイパスする回路 1 6 1を設けたものである。バイパス回路 1 6 1は高周波ダイオード 1 6 2、抵抗 1 6 3、可変抵抗 1 6 4で構成され、ベース卷線 1 6 0に発生する発振休止期間のキックバック電圧を可変抵抗 1 6 4により適時に放出するものである。

従って、可変抵抗 1 6 4の抵抗値が小さい場合にはキックバック電圧の放出が多くなり、ベース巻線 1 6 0の電圧と比例関係にある印加高周波電圧を低くし、可変抵抗 1 6 4の抵抗値が大きかった場合にはキックバック電圧の放出が少なくなり、ベース卷線 1 6 0の電圧と比例関係にある印加高周波電圧が高くなるものである。

第 6の実施例ではこの様な動作をするィンバーター回路 1 5 6 に前記したピーク電圧ホールド回路 1 5 0を設け、ピーク電圧ホールド回路 1 5 0よりの電圧によってバイパス回路 1 6 1内の可変抵抗 1 6 4 と同様の機能を制御することで、印加高周波電圧を一定に保とうとしたものである。産業上の利用可能性

以上説明したとおり本発明によるオゾン発生装置によれば、 2本の単極型ガス封入放電管を近接並設し、上記電極間に高周波電圧を印加する型のオゾン発生装置において、従来問題となった放電管周辺に堆積される堆積物の量を減らすことに成功し及び堆積物による弊害をなくすことができることから、高温高湿度等の悪条件下でもオゾンの発生量減少を極力抑えて、装置の長寿命化を図ることに適している。

又、高周波電圧印加回路のキックバック電圧の可変回路を採用することができることから、出力の高周波電圧を可変させて最適の電圧に簡単に調整することに適している。

更に、 2本の単電極ガス封入放電管を近接並設し、高周波高電圧の印加によりオゾンを発生させる方式において、放電管の内部ガス圧を最適化するとともに、最適な電極との組み合わせをすることができることから、高効率で、しかも長寿命のオゾン発生装置を提供することに適しており、さらには、本装置の実使用における種々のオゾン量に対応して、放電管の複数使用による発熱の防止や電気回路の組み合わせによって適合したオゾン量を発生させることにも適している。

Claims

請求の範囲

1. ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極（ 2 6、 2 7 ) が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管（ 2 4、 2 5 ) の上記電極の引き出し部を樹脂絶縁体で包囲するとともに、上記 2本の放電管（ 2 4、 2 5 ) を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記 2本の放電管（ 2 4、 2 5 ) に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。

2. 絶縁板体（ 2 1 ) の左右端部に絶縁体よりなる中空箱部（ 2 2、 2 3 ) を立設し、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極（ 2

6、 2 7) が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管（ 2 4、 2 5 ) を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記電極（ 2 6、 2 7 ) が設けられたそれぞれの端部を上記中空箱部（ 2 2、 2 3 ) の壁部に設けられた溝（ 3 0 ) 又は孔を経て上記中空箱部（ 2 2、 2 3 ) 内に収納し、他方の無電極側端部は上記中空箱部外に位置するようになし、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。

3. 絶縁板体（ 2 1 ) の左右端部に絶縁体よりなる中空箱部（ 2 2、 2 3 ) を立設し、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極（ 2 6、 2 7 ) が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管（ 2 4、 2 5 ) を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記電極が設けられたそれぞれの端部を上記中空箱部（ 2 2、 2 3 ) の壁部に設けられた溝（ 3 0 ) 又は孔を経て上記中空箱部（ 2 2、 2 3 ) 内に収納し、他方の無電極側端部は上記中空箱部外に位置するようになすとともに、上記中空箱部内に絶縁材を充填し、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。

4. ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極（ 2 6、 2 7 ) が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管（ 2 4、 2 5 ) の上記電極の引き出し部（ 2 6 '、 2 7 ' ) 側のそれぞれを、一方に上記放電管外径と略同一径の貫通孔と他方に上記電極の引き出し部と略同一径の貫通孔を有するプッシング（ 3 9、 4 0 ) によって被覆するとともに、上記 2 本の放電管（ 2 4、 2 5 ) を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。

5. 高周波電圧を発生するィンバーター回路のキックバック電圧を可変にすることを特徴とする請求の範囲第 1〜第 4の何れか 1項に記載のオゾン発生装置。

6. ガスを 4 0 0 T o r r以下の圧力で封入したガラス管の一端部のみに電極（ 1 0 3、 1 0 4 ) が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管（ 1 0 5、 1 0 6 ) の上記電極の引き出し部（ 1 0 7、 1 0 8 ) を樹脂絶縁体で包囲するとともに、上記 2本の放電管（ 1 0 5、 1 0 6 ) を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするォゾン発生装置。

7. ガスを 4 0 0 T o r r以下の圧力で封入したガラス管の一端部のみに電極（ 1 0 3、 1 0 4 ) が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管（ 1 0 5、 1 0 6 ) の上記電極の引き出し部側のそれぞれを、一方に上記放電管外径と略同一径の貫通孔と他方に上記電極の引き出し部と略同一径の貫通孔を有するプッシング（ 1 0 9、 1 1 0 ) によつて被覆するとともに、上記 2本の放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。

8. 絶縁板体（ 1 8 1 ) の左右端部に絶縁体よりなる中空箱部 ( 1 8 2、 1 8 3 ) を立設し、ガスを 4 0 0 T o r r以下の圧力で封入したガラス管の一端部のみに電極（ 1 8 6、 1 8 7 ) が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管（ 1 8 4、 1 8 5 ) を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記電極が設けられたそれぞれの端部を上記中空箱部の壁部に設けられた溝又は孔（ 1 9 0、 1 9 1 ) を経て上記中空箱部（ 1 8 2、 1 8 3 ) 内に収納し、他方の無電極側端部は上記中空箱部外に位置するようになし、上記 2本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。

9. 前記電極の材料がタングステンもしくはニッケル又は焼結電極であることを特徴とする請求の範囲第 6〜第 8項の何れか 1項に記載のオゾン発生装置。

1 0. ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた 3本以上の放電管（ 1 0 5、 1 0 5 ,、 1 0 6 ) を、上記各放電管の電極位置が順次互いに逆向きになるように、かつほぼ平行に近接して並設し、上記各放電管の電極位置が同じ側に存する各放電管のそれぞれの電極を互いに電気的に共通接続することによって 2端子としてとりまとめ、上記 2端子間に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。

1 1. ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた 2本の単極型ガス封入放電管（ 1 0 5、 1 0 6 ) を、上記各電極位置が互いに逆向きにかつほぼ平行に近傍して並設して一つの放電管プロック（ 1 1 9、 1 2 0 ) を形成するとともに、上記放電管プロックを 2つ以上電気的に並列に接続して、上記並列に接続きれた放電管プロック体に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。

1 2 . ガスの封入圧が 4 0 0 T o r r以下であることを特徴とする請求の範囲第 1 0又は第 1 1項に記載のオゾン発生装置。

1 3 . 高周波電圧を発生するインバーター回路における電源電圧を可変にする手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第 6〜第 8項及び第 1 ◦〜第 1 1項の何れか 1項に記載のオゾン発生装置。

1 4 . 高周波電圧を発生するィンバーター回路においてデューティ比の可変制御を行うようにしたことを特徴とする請求の範囲第 6〜第 8項及び第 1 0〜第 1 1項の何れか 1項に記載のオゾン発生装置。

1 5 . 高周波電圧を発生するインバーター回路の出力段トランジスターのバイァスレベルを可変制御しうるようにしたことを特徴とする請求の範囲第 6〜第 8項及び第 1 0〜第 1 1項の何れか 1項に記載のオゾン発生装置。

1 6 . 高周波電圧を発生するィンバーター回路の出力段トランジスターの主端子間電圧を、上記インバーター回路の定電圧回路、デュ一ティ回路又はバイアスレベル可変回路にフイードバックすることを特徴とする請求の範囲第 6〜第 8項及び第 1 0〜第 1 1項の何れか 1項に記載のオゾン発生装置。