オゾン発生装置およびオゾン発生装置の製造方法
【課題】放電ギャップを均一に保つことができ、オゾン発生効率のよいオゾン発生装置を提供する。
【解決手段】接地電極管と、この接地電極管の一方の端部を保持する酸素側管板と、接地電極管の他方の端部を保持するオゾン側管板と、接地電極管の周囲に冷却水を流通させる水室を形成するための水室胴体と、酸素を含む原料ガスを供給するための酸素ヘッダと、生成されたオゾンガスを集合させるオゾンヘッダとを備えたオゾン発生装置において、水室胴体の両側にフランジを形成し、このフランジのうち一方のフランジと酸素側管板とをボルト締結し、他方のフランジとオゾン側管板とをボルト締結するようにした。
【解決手段】接地電極管と、この接地電極管の一方の端部を保持する酸素側管板と、接地電極管の他方の端部を保持するオゾン側管板と、接地電極管の周囲に冷却水を流通させる水室を形成するための水室胴体と、酸素を含む原料ガスを供給するための酸素ヘッダと、生成されたオゾンガスを集合させるオゾンヘッダとを備えたオゾン発生装置において、水室胴体の両側にフランジを形成し、このフランジのうち一方のフランジと酸素側管板とをボルト締結し、他方のフランジとオゾン側管板とをボルト締結するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水処理等に利用するオゾンを発生させるためのオゾン発生装置に関するものであり、特に、放電によってオゾンを発生させるオゾン発生装置の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放電によってオゾンを発生させるオゾン発生装置の構造には種々あるが、水処理等に利用するオゾン発生装置は、一般に大容量であり、例えばｍオーダーの大直径の円筒の容器である缶体の中に、ｃｍオーダーの小直径の円筒の放電管を、多数配置した構成のものが用いられる場合が多い。一つの容器に配置される放電管の本数は通常１００本以上で、１０００本程度と非常に多数のものもある。放電管としては、例えば、金属製の接地電極管の中に、内面に金属膜が形成されたガラス管を高電圧電極管として挿入し、接地電極管の内面と高電圧電極管の外面との間に放電させるための放電ギャップを形成した構成のものが用いられる。この放電ギャップに酸素を含むガスを流して、高電圧電極管と接地電極管との間に交流高電圧を印加して放電を発生させて酸素を含むガスをオゾン化する。
【０００３】
放電によってオゾンを発生させるオゾン発生装置は、投入させた電力のうち、オゾン発生に用いられる電力は約10％にすぎず、残りの約90%は熱となる。オゾン発生が行われる
放電ギャップ内、すなわち放電場は、温度が高くなるほどオゾンの発生効率が低下するため、冷却することが必要である。冷却方法としては、接地電極管外側を水冷により冷却するのが一般的な方法であった。接地電極管の外側に冷却水を流通させるためには、水室を形成する胴体（水室胴体）と接地電極管を固定する管板との間、あるいは接地電極管と管板との間は水漏れを避ける（シールする）必要があり、これらの部材は一般には金属が使用されるため、最も信頼性の高いシール方法として溶接が使われることが多かった（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表2008-518877号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のオゾン発生装置は以上のように構成されているので、水室胴体と管板を溶接するときの溶接歪によって、管板が湾曲してしまうことが多かった。また溶接を実施する人の技量により管板の湾曲度合いが異なるという問題があった。一方、接地電極管は酸素側管板とオゾン側管板との間に設置され、両端が保持されているため、管板が湾曲すると、その影響を受けて接地電極管も１〜数ｍｍオーダーで曲がってしまう問題があった。近年のオゾン発生装置は、高効率高濃度化のため、放電ギャップの寸法が0.4ｍｍ以下と非常に
短ギャップになっているため、接地電極管のわずかな曲がりがあっても、ギャップが不均一となり、オゾン発生効率の低下や、さらには高電圧電極管が挿入できなくなるなどの問題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、組立精度が高く、オゾン発生効率の良いオゾン発生装置を提供することを目的とする。またオゾン発生装置の缶体を組立てる溶接作業者の技量によらず高精度のオゾン発生装置を製作することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、接地電極管と、この接地電極管の一方の端部を保持する酸素側管板と、接地電極管の他方の端部を保持するオゾン側管板と、接地電極管の周囲に冷却水を流通させる水室を形成するための水室胴体と、酸素ガスを供給するための酸素ヘッダと、生成されたオゾンガスを集約させるオゾンヘッダとを備えたオゾン発生装置において、水室胴体の両側にフランジを形成し、このフランジのうち一方のフランジと酸素側管板とをボルト締結し、フランジのうち他方のフランジとオゾン側管板とをボルト締結したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるオゾン発生装置は、以上のように構成されているため、装置の本体容器である缶体の組み立てによる管板の歪みが少ないことに加え、組み立て工程のばらつきも少なくなって、放電ギャップの均一性が高くなり、その結果オゾン発生効率の良いオゾン発生装置が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１によるオゾン発生装置の缶体の構造を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるオゾン発生装置の製造方法を説明するフロー図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるオゾン発生装置の動作を説明するための概略構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるオゾン発生装置の缶体の構造を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２によるオゾン発生装置の構造のうち図４のＤの部分を示す部分拡大断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるオゾン発生装置の製造方法を説明するフロー図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるオゾン発生装置の酸素ヘッダの取り付け構造を説明する図である。
【図８】この発明によるオゾン発生装置の動作特性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるオゾン発生装置の本体容器となる缶体の構造を示す断面図である。以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１において、１は接地電極管であり、酸素側管板２とオゾン側管板３とに固定されている。接地電極管１は、例えば内径約20mmのステンレスの管で形成されており、ステンレスからなる酸素側管板２との間は溶接により固定され、ステンレスからなるオゾン側管板３との間は拡管により固定されている。４は内部に冷却水を流通させるためのステンレス製の水室胴体であり、水室胴体筒４ａの両端に胴体フランジ４ｂおよび４ｃが溶接されている。水室胴体４は、冷却水を導入する冷却水入口４１、および冷却水を排出する冷却水出口４２を備えている。また、水室胴体４の形状は円筒が好ましい。胴体フランジ４ｂおよび４ｃは円周上にボルト貫通用の穴が開けられている。また、酸素側管板２およびオゾン側管板３の外径寸法は、胴体フランジ４ｂおよび４ｃの外形寸法とほぼ同一であり、また、胴体フランジ４ｂおよび４ｃの円周上のボルト貫通用の穴４ｄ、４ｅに対峙した位置に、ボルト貫通用の穴２ａ、３ａが開けられている。さらに、酸素側管板２およびオゾン側管板３には、それぞれＯリング用の溝が形成されており、Ｏリング２ｂ、３ｂを介して、それぞれ胴体フランジ４ｂおよび４ｃとの間がシールされている。
【００１１】
５は、酸素を含む原料ガスを供給するための酸素ヘッダであり、原料ガスを容器内に導
入するための原料ガス入口５１を備えた酸素ヘッダ筒５ａに、フタ側フランジ５ｂおよび管板側フランジ５ｃが溶接された構造となっている。酸素ヘッダ５の形状は円筒が好ましい。また、同様に６はオゾンガスを集合させるオゾンヘッダであり、発生したオゾンを取り出すためのオゾン化ガス出口６１を備えたオゾンオゾンヘッダ筒６ａに、フタ側フランジ６ｂおよび管板側フランジ６ｃが溶接された構造となっている。ここで、酸素ヘッダ５の管板側フランジ５ｃおよびフタ側フランジ５ｂは、酸素ヘッダ５の内部に位置するよう、内フランジとなっている。酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃには、Ｏリング溝が形成されＯリング５ｄにより、酸素側管板２との間がシールされている。また、胴体フランジ４ｂの円周上のボルト貫通用の穴に対峙した位置に止まりのネジ穴５ｅが形成されている。ネジ穴を止まりとしているのは、ボルト穴から原料ガスが漏れないようにするためである。一方、オゾンヘッダ６の管板側フランジ６ｃにもＯリング溝が形成されるとともに、胴体フランジ４ｃの円周上のボルト貫通用の穴に対峙した位置にはボルト貫通用の穴６ｅが形成されており、Ｏリング６ｄにより、オゾン側管板３との間がシールされている。
【００１２】
７は、酸素ヘッダ５のフタであり、酸素ヘッダ５のフタ側フランジ５ｂに原料ガスが漏れないよう形成された止まりのネジ穴により、ボルトで締結されている。８はオゾンヘッダ６のフタであり、オゾンヘッダ６のフタ側フランジ６ｂにボルトで締結されている。この様に、缶体全体は、水室胴体４、酸素ヘッダ５、酸素ヘッダ５のフタ７、オゾンヘッダ６、オゾンヘッダ６のフタ８、および接地電極管１が取り付けられた酸素側管板２とオゾン側管板３で構成される。
【００１３】
次に、この缶体の組立方法について説明する。まず水室胴体４を作製する。水室胴体筒４ａの両端に胴体フランジ４ｂおよび４ｃを溶接したのち、胴体フランジ４ｂおよび４ｃの、それぞれ管板に当たる面に対して平面精度を出すための機械加工を行なう。このとき、５面加工機等により胴体フランジ４ｂおよび４ｃの平行度、平面度および水室胴体筒４ａの軸に対する直角度を指定する。また、ボルト貫通用の穴加工も行なう。このようにすることにより、溶接時に胴体フランジ４ｂおよび４ｃに溶接歪による変形が生じても、その後の機械加工により所望の精度が得られることになる。同様に酸素ヘッダ５およびオゾンヘッダ６についても、ヘッダ筒５ａおよび６ａにそれぞれ管板側フランジ５ｃおよび６ｃを溶接したのち、管板に当たる面の平面加工、Ｏリング溝加工及び穴あけ加工を行なう。また、酸素側管板２およびオゾン側管板３も、単体で機械加工を行なう。単体で機械加工を行なうため、加工精度が期待できる。
【００１４】
缶体の主要部の組み立て工程を図２に示す。まず、オゾン側管板３に接地電極管１を挿入する（ＳＴ１）。次に、オゾン側管板３に接地電極管１が挿入された状態で、水室胴体４をオゾン側管板３に、例えば位置決めピンを用いて位置を合わせて、オゾンヘッダ６も合わせてボルト締結し、水室胴体４、オゾン側管板３およびオゾンヘッダ６を結合する（ＳＴ２）。次に、酸素側管板２を接地電極管１が挿入されるように、また水室胴体４と、例えば位置決めピンを用いて位置を合わせ（ＳＴ３）、酸素側管板２と水室胴体４とをボルトで結合する（ＳＴ４）。なお、ここでは、接地電極管１を最初にオゾン側管板３に挿入してから組立てる例を示したが、最初にオゾン管板３に接地電極管１を挿入することなく、酸素側管板２と水室胴体４とをボルトで結合した（ＳＴ４）あとで、接地電極管１を酸素側管板２またはオゾン側管板３の外側から挿入するようにしても良い。
【００１５】
このように、部品単体として十分な加工精度を確保した水室胴体４、オゾン側管板３およびオゾンヘッダ６をボルト締結により組立てるだけなので、管板に変形等が生じることが無い。従来のオゾン発生装置では水室胴体と管板あるいは管板とヘッダとの間は溶接されるため、この溶接時に溶接歪により管板が変形する問題があったが、本発明によれば、そのような問題が発生しない。同様に水室胴体４と酸素側管板２もボルト締結により組立てるだけなので、管板に変形等が生じることが無い。また、組立時には、図示しない位置
決めピン等により位置決めすることにより、ボルト貫通穴にはかなりのクリアランス（ガタ）があったとしても、所望の精度で組立が可能となる。
【００１６】
以上のように、酸素側管板２およびオゾン側管板３が、それぞれ変形無く平面度を確保した上で、両者の平行度も設計精度以内の状態で組立てることができる。この状態において、接地電極管１とオゾン側管板３との間の拡管を行って溶接により、接地電極管１とオゾン側管板３とを結合する（ＳＴ５）。拡管は、一般的なシェルアンドチューブ型熱交換器の加工方法として通常用いられる方法であり、チューブ（本実施の形態においては接地電極管１）が１ｍｍ程度伸びる傾向があるが、接地電極管１は、反対側の酸素側管板２には挿入されているだけで、フリーの状態（自由に伸びることが可能）であるので、接地電極管１が曲がる心配は無い。ただし、接地電極管１とオゾン側管板３は溶接により結合しても良い。次に、接地電極管１と酸素側管板２とを溶接により接合する（ＳＴ６）。この溶接は、口元のみの溶接であり、入熱量が非常に小さいため、溶接歪もほとんど無く、接地電極管１が曲がる心配が無い。
以上により、接地電極管１が取り付けられた缶体の主要部が出来上がる。
【００１７】
ここで、オゾン発生装置の動作原理と絶縁について図３を用いて説明する。図１は、オゾン発生装置の容器である缶体を示す図であったが、図３は、オゾン発生装置として動作させるための高電圧電極管や交流高電圧電源を加えて示している。図３において図１と同一符号は、同一部分を示す。図３において、接地電極管１の内部には、同軸状に高電圧電極管１０が挿入される。高電圧電極管１０は、ここでは外径約20mmのガラス管の内面に、溶射、蒸着、メッキ、塗布等の方法により金属膜が形成されたものを用いる。ここで、接地電極管１の内径より高電圧電極管１０の外径の方が約0.6mm小さく、また、高電圧電極
管１０の外側には図示しないスペーサが設けられており、接地電極管１内面と高電圧電極管１０外面との間に約0.3mmの放電ギャップ１１を形成している。高電圧電極管１０のオ
ゾンヘッダ６側は閉塞されており、酸素ヘッダ５から供給される原料ガスは、放電ギャップ１１を通ってオゾンヘッダ６へ流れ込む。
【００１８】
９は交流高電圧電源であり、給電ライン９０を通じて給電部材９２により高電圧電極管１０の金属膜へ、例えば数kVの交流高電圧を供給している。一方、水室胴体４と酸素側管板２およびオゾン側管板３とはそれぞれ溶接あるいは拡管により、電気的に導通されている。この水室胴体４は接地されており、従って、接地電極管１および酸素側管板２およびオゾン側管板３ともに接地電位となっている。同様に酸素ヘッダ５およびオゾンヘッダ６も酸素側管板２およびオゾン側管板３と電気的に導通されており、接地電位となっている。９１は絶縁碍子であり、酸素ヘッダ５が接地電位であることより、高電圧の給電ライン９０を酸素ヘッダ５から絶縁するため設けられている。高電圧電極管１０の金属膜と接地電極管１との間にガラス、すなわち誘電体が存在するため、印加された交流高電圧により、放電ギャップ１１内にいわゆる無声放電が発生して、放電ギャップ１１を流れる酸素を含むガスの酸素がオゾン化する。このように、内面に金属膜を形成したガラス管を高電圧電極管１０とすることで、ガラス管が、構造体と、無声放電のための誘電体層とを兼ねることになる。誘電体にはガラスのほかセラミックス等も可能であるが、一般にガラスの方が安価である。
【００１９】
次に動作について説明する。原料ガスである酸素を原料ガス入口５１から供給する。酸素はここでは、図示しない液体酸素タンク、蒸発器、減圧弁等から構成される液体酸素設備から供給されている。酸素原料から放電によってオゾンを生成する際には、微量の窒素も必要なことが一般に知られているため、微量（酸素の1%以内の流量）の窒素も供給する必要がある。一方、PSA（圧力スイング吸着）装置等の酸素製造装置を利用して酸素を作
製してもよい。酸素製造装置により酸素を作製する場合は、一般に微量の窒素を含んだ状態で酸素が作製されるため、別途窒素供給を行う必要はない。原料ガス入口５１から供給
された原料ガスである酸素は、放電ギャップ１１を通過して、オゾン化ガス出口６１からオゾン発生装置外へ排出され、図示しない配管等を経由して、必要な場所へ供給されて利用される。
【００２０】
ここで、交流高電圧電源９により、交流高電圧が供給されると、高電圧電極管１０と接地電極管１との間に高電圧が印加された状態となり、放電ギャップ１１において無声放電が発生し、供給された酸素の一部がオゾンとなり、オゾンを含むガスがオゾン化ガス出口６１から排出される。ここで、冷却水入口４１より冷却水を供給し、冷却水出口４２より排出することにより水室胴体４内に冷却水を流して、放電ギャップ１１において放電によって発生する熱を、接地電極管１を通して排熱し、冷却することができる。しかし、放電ギャップ１１内においても、接地電極管１に近い側は冷却され易いものの、高電圧電極管１０に近い側は冷却され難い傾向にある。また、この例のように、高電圧電極管１０を誘電体で構成する場合には、誘電損失により発熱が生じ、誘電体自身で温度上昇する。また、高電圧電極管１０に形成された金属膜が有する抵抗によって、金属膜でもわずかながら発熱が生じる。これらにより、放電ギャップ１１の中でも高電圧電極管１０に近い側は接地電極管１に近い側よりも高温になりやすい。
【００２１】
一般に、オゾン発生において、温度が高いほどオゾン発生効率が下がることは広く知られている。上述のように、オゾンの発生は0.3ｍｍあるいはそれ以下の極狭い放電ギャッ
プを通して行なわれる。この極狭い放電ギャップが不均一であると、ギャップが広いところは、冷却が不十分でギャップ空間の温度が高めになりオゾン発生効率が低下するのに加えて、酸素ガスが多く流れるためオゾン濃度が上がらない。従って、ギャップのバラツキが大きいほど平均的なオゾン発生効率も低下する。つまり、周方向においても、流れ方向においてもギャップは均一であることが好ましい。このような観点に立ったとき、本実施の形態１によれば、接地電極管１が曲がる心配が無く、真直ぐな状態で保たれるため、均一なギャップが形成しやすくなり、結果的にオゾン発生効率の高いオゾン発生装置が得られる効果がある。
【００２２】
次に絶縁距離について説明する。前述の通り、高電圧電極管１０には、例えば数ｋVの
交流高電圧が印加され、酸素側管板２および酸素ヘッダ５は接地電位である。一方、高電圧電極管１０の内面にはほぼ端部まで高電圧が印加された場合高電圧となる金属膜が形成されている。このため、図３に示す、高電圧電極管１０と酸素ヘッダ筒５ａ壁までの距離Ａについて、絶縁距離として数ｃｍ程度は必要となる。また、高電圧電極管１０の端部から酸素側管板までの距離Ｂについては、沿面放電などの放電を生じさせないため、数ｃｍ以上の絶縁距離が必要である。ここで接地電極管１が多数配置されている場合を考えたとき、最外周に配置される接地電極管１と水室胴体４との間に大きな隙間があると、冷却水がすり抜けてしまい冷却効果が低下する。従って、図３においてＣで示す最外周の接地電極管１と水室胴体４との間隔は、接地電極管１同士の間隔、例えば1cm程度と同等にして
おく必要がある。なお、図３においては、図の複雑化を避けるため、接地電極管１は間引いて図示しているが、実際には上述のように、接地電極管１同士の間隔が例えば1cmとな
るように狭い間隔の同一ピッチで密に配置されている。
【００２３】
このとき図３のＡの絶縁距離を確保するため、水室胴体４の内径よりも酸素ヘッダ筒５aの内径の方が大きい構造としている。酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃは、オゾン側の
ような外フランジでもよいが、図１や図３で示すように酸素ヘッダ５の管板側フランジ５ｃを内フランジとするのが好ましい。このように、酸素ヘッダ５の管板側フランジ５ｃを内フランジとすることにより、オゾンヘッダ６のような外フランジとするよりも、酸素ヘッダ５の管板側フランジ５ｃの直径を小さく出来、装置全体の小型・軽量化が可能となる。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、例えば酸素ヘッダ側において、Ｏリング溝は、酸素側管板２および酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃに設けた例を示したが、これに限らず、Ｏリング溝を、例えば、胴体フランジ４ｄの酸素側管板２側および酸素側管板２の酸素ヘッダ側に設けても良い。こうすると、例えば、オゾン側を下、酸素側を上にして立てた状態で組立てる場合は、Ｏリング溝が上に開放された向きとなるため、Ｏリングを置くだけで、Ｏリングが落ちないように押える必要が無いため、組立てやすい。
【００２５】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２によるオゾン発生装置の容器となる缶体の構造を示す断面図である。また、図５は実施の形態２によるオゾン発生装置の要部である、図４の破線の円形Ｄで示した範囲の拡大断面図である。図４および図５において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。以下、この発明の実施の形態２を図４および図５に基づいて説明する。図５の拡大断面図で示すように、酸素側管板２には、接地電極管１を通す穴の周囲にＯリング溝２１が形成されている。また、２２は直径約２５ｍｍのＯリングであり、接地電極管１と酸素管板２との間をシールしている。また、２３は、複数の接地電極管１の各々に装着されたＯリング２２を共通に押えるためのＯリング押え板であり、図示しない複数のボルトにより、酸素側管板２へ固定されている。こうすることで、Ｏリングがはずれることもなく、冷却水あるいは酸素ガスの圧力にも十分耐えられる構造となっている。また、他の構成要素は図１と同一であるため、説明を省略する。
【００２６】
本実施の形態２のオゾン発生装置は以上のように構成されているため、酸素側管板２から接地電極管１へかかる力が、実施の形態１の構成に比較してさらに低減される。従って、より接地電極管１の曲がる可能性が低減でき、オゾン発生効率のさらに高いオゾン発生装置を得る効果がある。また、酸素ヘッダ５の管板側フランジ５ｃの内フランジの効果等は実施の形態１と同様である。さらに、酸素側管板２の平面度が非常に高いため、多数配置されている接地電極管１のＯリング２２を押えるためにＯリング押え板２３は分割する必要が無く、１枚構成でも十分機能する。１枚で、多数の接地電極管１の全てのＯリング２２を押えるような構成としたことにより、製作および組立が容易となる。
【００２７】
図４の構造の缶体の主要部の組み立て工程を、図６に示す。図６において、ＳＴ１〜ＳＴ５の工程は、図２のＳＴ１〜ＳＴ５の工程と同じである。本実施の形態２においては、接地電極管１とオゾン側管板３とを拡管または溶接により結合（ＳＴ５）した後、接地電極管１の酸素側管板２側の端部よりＯリング２２を挿入し、Ｏリング押え板２３により酸素側管板２に形成されたＯリング溝２１にＯリングを押えて、酸素側管板２と接地電極管１との間をシールする（ＳＴ７）。以上により、接地電極管１が取り付けられた缶体の主要部が出来上がる。
【００２８】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３によるオゾン発生装置の酸素ヘッダの取り付け構造を示す図である。図７は、酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃをオゾン側管板３の側から見た図であり、わかりやすいように各ノズル（ガスや冷却水の出入口など）やオゾン側の各種フランジ部材は省略している。図７において、５２は管板締結ボルト、５３はヘッダ締結ボルトであり、それぞれ円周上に交互に配置されている。管板締結ボルト５２の位置では、酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃには何も加工が施されておらず、酸素側管板２にネジが切られている。従って、管板締結ボルト５２は酸素管板２と水室胴体フランジ４ｂとを締結し、酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃは締結していない。一方、ヘッダ締結ボルト５３の位置では、酸素管板２にはボルト径より若干大きい貫通穴が開けられており、酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃにはネジが切られている。従って、ヘッダ締結ボルト５３は、酸素側管板２を介して酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃと水室胴体フランジ４ｂとを締結している。
【００２９】
このような構成とすることにより、管板締結ボルト５２により水室胴体４に酸素側管板２を締結した状態、すなわち酸素ヘッダ５を含まずに酸素側管板２、水室胴体４、オゾン側管板３およびオゾンヘッダ６の構造体を形成することが出来る。前述の通り、この状態で両管板が精度良く組立てられており、接地電極管１が取り付けられる。このとき、酸素側管板２と接地電極管１との間は、溶接（実施の形態１）あるいはＯリング（実施の形態２）あるいはその他の方法で取り付けられるが、酸素ヘッダ５が無いため作業が大変やりやすいという効果がある。一方オゾン側も作業はあるが、オゾンヘッダの長さが短く、邪魔にならないためオゾンヘッダ６が付いていても特に問題はない。
【００３０】
なお、本実施の形態のような構成にせず、全てのボルトを上記ヘッダ締結ボルトと同じ構成にして、酸素ヘッダ５と酸素側管板２を水室胴体４の胴体フランジ４ｂに全てヘッダ締結ボルトで同時に取り付ける構造の場合は、酸素ヘッダ５が固定されたままで、溶接あるいはＯリング挿入あるいはその他の作業を行なうことになるので、作業性に問題がある。この構造であって、酸素ヘッダ５を溶接あるいはＯリング挿入の後から取り付けようとすると、一旦酸素側管板２と水室胴体の胴体フランジ４ｂとの締結を外さないといけない。そのとき、せっかく精度良く組立てた酸素側管板２を一旦緩めることになり、位置ずれが発生する可能性があるとともに、作業が増えることになる。
【００３１】
よって、本実施の形態３に示すような構造とすることにより、精度良く組立てた酸素側管板２を水室胴体フランジ４ｂからはずすことなく、あとから酸素ヘッダ５のみを取り付けることが可能となり、大変作業性の良いオゾン発生装置が得られる効果がある。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、管板締結ボルト５２およびヘッダ締結ボルト５３は、それぞれ円周上に交互に配置され、個数が１：１となる例を示したが、必ずしも１：１の個数でなくても良い。例えば、管板締結ボルト５２は、組立途中の強度や位置精度が確保できる範囲で個数を減らしても良い。
【００３３】
実施の形態４．
本実施の形態４では、この発明によるオゾン発生装置の効果について説明する。図８は、放電ギャップの寸法が異なる場合のオゾン発生装置の性能を示したものである。縦軸は、それぞれの放電ギャップの寸法におけるオゾン発生量の最大値を１００％で示し、この最大値に対し、オゾン発生量がどの程度ばらつくかにより、オゾン発生装置の性能を表すものである。この最大値は、放電ギャップ長が放電管全体にわたって均一である場合に得られるオゾン発生量に相当する。
【００３４】
既に述べたように製作時の歪みにより接地電極管が曲がるため、放電ギャップ長を完全に均一にすることは出来ない。特に放電ギャップの寸法が０．４ｍｍ以下となると製作時のばらつきで放電ギャップ長のばらつきが大きくなり、オゾン発生装置の性能ばらつきの程度が大きくなる。図８の実線は本発明の構成によるオゾン発生装置の性能ばらつきを、破線は従来の構成によるオゾン発生装置の性能ばらつきを示す。これからわかるように、従来構成の場合は放電ギャップの寸法が０．３ｍｍ以下になると性能ばらつきが大きくなり、装置全体としてのオゾン発生効率が低下するが、本発明の構成では０．２ｍｍギャップにおいても性能ばらつきを小さく抑える事が出来、装置全体としてのオゾン発生効率を向上できる。よって、本発明の構成を取ることにより、特に、すなわち放電ギャップの寸法が０．３ｍｍ以下で、オゾン発生効率の高い安定した製品を供給できる効果が大きい。
【００３５】
ここで、放電ギャップの寸法とは、設計上の寸法であり、接地電極管の内径と高電圧電極管の外径の差から求まる寸法である。すなわち、接地電極管の内直径と高電圧電極管の外直径の差の２分の１が、放電ギャップの寸法に相当する。
【００３６】
なお、上記実施の形態１ないし４においては、原料ガスとして酸素を用いる場合で説明したが、原料ガスは空気の場合でも良く、オゾン発生効率の向上という同様の効果を有する。
【符号の説明】
【００３７】
１：接地電極管 ２：酸素側管板
３：オゾン側管板 ４：水室胴体
４ａ：水室胴体筒 ４ｂ、４ｃ：胴体フランジ
５：酸素ヘッダ ５ａ：酸素ヘッダ筒
５ｂ：フタ側フランジ ５ｃ：管板側フランジ
５１：原料ガス入口 ６：オゾンヘッダ
６ａ：オゾンヘッダ筒 ６ｂ：フタ側フランジ
６ｃ：管板側フランジ ６１：オゾン化ガス出口
７：酸素ヘッダのフタ ８：オゾンヘッダのフタ
９：交流高電圧電源 １０：高電圧電極管
１１：放電ギャップ ２１：Ｏリング溝
２２：Ｏリング ２３：Ｏリング押え板
４１：冷却水入口 ４２：冷却水出口
５２：管板締結ボルト ５３：ヘッダ締結ボルト
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水処理等に利用するオゾンを発生させるためのオゾン発生装置に関するものであり、特に、放電によってオゾンを発生させるオゾン発生装置の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放電によってオゾンを発生させるオゾン発生装置の構造には種々あるが、水処理等に利用するオゾン発生装置は、一般に大容量であり、例えばｍオーダーの大直径の円筒の容器である缶体の中に、ｃｍオーダーの小直径の円筒の放電管を、多数配置した構成のものが用いられる場合が多い。一つの容器に配置される放電管の本数は通常１００本以上で、１０００本程度と非常に多数のものもある。放電管としては、例えば、金属製の接地電極管の中に、内面に金属膜が形成されたガラス管を高電圧電極管として挿入し、接地電極管の内面と高電圧電極管の外面との間に放電させるための放電ギャップを形成した構成のものが用いられる。この放電ギャップに酸素を含むガスを流して、高電圧電極管と接地電極管との間に交流高電圧を印加して放電を発生させて酸素を含むガスをオゾン化する。
【０００３】
放電によってオゾンを発生させるオゾン発生装置は、投入させた電力のうち、オゾン発生に用いられる電力は約10％にすぎず、残りの約90%は熱となる。オゾン発生が行われる
放電ギャップ内、すなわち放電場は、温度が高くなるほどオゾンの発生効率が低下するため、冷却することが必要である。冷却方法としては、接地電極管外側を水冷により冷却するのが一般的な方法であった。接地電極管の外側に冷却水を流通させるためには、水室を形成する胴体（水室胴体）と接地電極管を固定する管板との間、あるいは接地電極管と管板との間は水漏れを避ける（シールする）必要があり、これらの部材は一般には金属が使用されるため、最も信頼性の高いシール方法として溶接が使われることが多かった（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表2008-518877号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のオゾン発生装置は以上のように構成されているので、水室胴体と管板を溶接するときの溶接歪によって、管板が湾曲してしまうことが多かった。また溶接を実施する人の技量により管板の湾曲度合いが異なるという問題があった。一方、接地電極管は酸素側管板とオゾン側管板との間に設置され、両端が保持されているため、管板が湾曲すると、その影響を受けて接地電極管も１〜数ｍｍオーダーで曲がってしまう問題があった。近年のオゾン発生装置は、高効率高濃度化のため、放電ギャップの寸法が0.4ｍｍ以下と非常に
短ギャップになっているため、接地電極管のわずかな曲がりがあっても、ギャップが不均一となり、オゾン発生効率の低下や、さらには高電圧電極管が挿入できなくなるなどの問題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、組立精度が高く、オゾン発生効率の良いオゾン発生装置を提供することを目的とする。またオゾン発生装置の缶体を組立てる溶接作業者の技量によらず高精度のオゾン発生装置を製作することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、接地電極管と、この接地電極管の一方の端部を保持する酸素側管板と、接地電極管の他方の端部を保持するオゾン側管板と、接地電極管の周囲に冷却水を流通させる水室を形成するための水室胴体と、酸素ガスを供給するための酸素ヘッダと、生成されたオゾンガスを集約させるオゾンヘッダとを備えたオゾン発生装置において、水室胴体の両側にフランジを形成し、このフランジのうち一方のフランジと酸素側管板とをボルト締結し、フランジのうち他方のフランジとオゾン側管板とをボルト締結したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるオゾン発生装置は、以上のように構成されているため、装置の本体容器である缶体の組み立てによる管板の歪みが少ないことに加え、組み立て工程のばらつきも少なくなって、放電ギャップの均一性が高くなり、その結果オゾン発生効率の良いオゾン発生装置が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１によるオゾン発生装置の缶体の構造を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるオゾン発生装置の製造方法を説明するフロー図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるオゾン発生装置の動作を説明するための概略構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるオゾン発生装置の缶体の構造を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２によるオゾン発生装置の構造のうち図４のＤの部分を示す部分拡大断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるオゾン発生装置の製造方法を説明するフロー図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるオゾン発生装置の酸素ヘッダの取り付け構造を説明する図である。
【図８】この発明によるオゾン発生装置の動作特性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるオゾン発生装置の本体容器となる缶体の構造を示す断面図である。以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１において、１は接地電極管であり、酸素側管板２とオゾン側管板３とに固定されている。接地電極管１は、例えば内径約20mmのステンレスの管で形成されており、ステンレスからなる酸素側管板２との間は溶接により固定され、ステンレスからなるオゾン側管板３との間は拡管により固定されている。４は内部に冷却水を流通させるためのステンレス製の水室胴体であり、水室胴体筒４ａの両端に胴体フランジ４ｂおよび４ｃが溶接されている。水室胴体４は、冷却水を導入する冷却水入口４１、および冷却水を排出する冷却水出口４２を備えている。また、水室胴体４の形状は円筒が好ましい。胴体フランジ４ｂおよび４ｃは円周上にボルト貫通用の穴が開けられている。また、酸素側管板２およびオゾン側管板３の外径寸法は、胴体フランジ４ｂおよび４ｃの外形寸法とほぼ同一であり、また、胴体フランジ４ｂおよび４ｃの円周上のボルト貫通用の穴４ｄ、４ｅに対峙した位置に、ボルト貫通用の穴２ａ、３ａが開けられている。さらに、酸素側管板２およびオゾン側管板３には、それぞれＯリング用の溝が形成されており、Ｏリング２ｂ、３ｂを介して、それぞれ胴体フランジ４ｂおよび４ｃとの間がシールされている。
【００１１】
５は、酸素を含む原料ガスを供給するための酸素ヘッダであり、原料ガスを容器内に導
入するための原料ガス入口５１を備えた酸素ヘッダ筒５ａに、フタ側フランジ５ｂおよび管板側フランジ５ｃが溶接された構造となっている。酸素ヘッダ５の形状は円筒が好ましい。また、同様に６はオゾンガスを集合させるオゾンヘッダであり、発生したオゾンを取り出すためのオゾン化ガス出口６１を備えたオゾンオゾンヘッダ筒６ａに、フタ側フランジ６ｂおよび管板側フランジ６ｃが溶接された構造となっている。ここで、酸素ヘッダ５の管板側フランジ５ｃおよびフタ側フランジ５ｂは、酸素ヘッダ５の内部に位置するよう、内フランジとなっている。酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃには、Ｏリング溝が形成されＯリング５ｄにより、酸素側管板２との間がシールされている。また、胴体フランジ４ｂの円周上のボルト貫通用の穴に対峙した位置に止まりのネジ穴５ｅが形成されている。ネジ穴を止まりとしているのは、ボルト穴から原料ガスが漏れないようにするためである。一方、オゾンヘッダ６の管板側フランジ６ｃにもＯリング溝が形成されるとともに、胴体フランジ４ｃの円周上のボルト貫通用の穴に対峙した位置にはボルト貫通用の穴６ｅが形成されており、Ｏリング６ｄにより、オゾン側管板３との間がシールされている。
【００１２】
７は、酸素ヘッダ５のフタであり、酸素ヘッダ５のフタ側フランジ５ｂに原料ガスが漏れないよう形成された止まりのネジ穴により、ボルトで締結されている。８はオゾンヘッダ６のフタであり、オゾンヘッダ６のフタ側フランジ６ｂにボルトで締結されている。この様に、缶体全体は、水室胴体４、酸素ヘッダ５、酸素ヘッダ５のフタ７、オゾンヘッダ６、オゾンヘッダ６のフタ８、および接地電極管１が取り付けられた酸素側管板２とオゾン側管板３で構成される。
【００１３】
次に、この缶体の組立方法について説明する。まず水室胴体４を作製する。水室胴体筒４ａの両端に胴体フランジ４ｂおよび４ｃを溶接したのち、胴体フランジ４ｂおよび４ｃの、それぞれ管板に当たる面に対して平面精度を出すための機械加工を行なう。このとき、５面加工機等により胴体フランジ４ｂおよび４ｃの平行度、平面度および水室胴体筒４ａの軸に対する直角度を指定する。また、ボルト貫通用の穴加工も行なう。このようにすることにより、溶接時に胴体フランジ４ｂおよび４ｃに溶接歪による変形が生じても、その後の機械加工により所望の精度が得られることになる。同様に酸素ヘッダ５およびオゾンヘッダ６についても、ヘッダ筒５ａおよび６ａにそれぞれ管板側フランジ５ｃおよび６ｃを溶接したのち、管板に当たる面の平面加工、Ｏリング溝加工及び穴あけ加工を行なう。また、酸素側管板２およびオゾン側管板３も、単体で機械加工を行なう。単体で機械加工を行なうため、加工精度が期待できる。
【００１４】
缶体の主要部の組み立て工程を図２に示す。まず、オゾン側管板３に接地電極管１を挿入する（ＳＴ１）。次に、オゾン側管板３に接地電極管１が挿入された状態で、水室胴体４をオゾン側管板３に、例えば位置決めピンを用いて位置を合わせて、オゾンヘッダ６も合わせてボルト締結し、水室胴体４、オゾン側管板３およびオゾンヘッダ６を結合する（ＳＴ２）。次に、酸素側管板２を接地電極管１が挿入されるように、また水室胴体４と、例えば位置決めピンを用いて位置を合わせ（ＳＴ３）、酸素側管板２と水室胴体４とをボルトで結合する（ＳＴ４）。なお、ここでは、接地電極管１を最初にオゾン側管板３に挿入してから組立てる例を示したが、最初にオゾン管板３に接地電極管１を挿入することなく、酸素側管板２と水室胴体４とをボルトで結合した（ＳＴ４）あとで、接地電極管１を酸素側管板２またはオゾン側管板３の外側から挿入するようにしても良い。
【００１５】
このように、部品単体として十分な加工精度を確保した水室胴体４、オゾン側管板３およびオゾンヘッダ６をボルト締結により組立てるだけなので、管板に変形等が生じることが無い。従来のオゾン発生装置では水室胴体と管板あるいは管板とヘッダとの間は溶接されるため、この溶接時に溶接歪により管板が変形する問題があったが、本発明によれば、そのような問題が発生しない。同様に水室胴体４と酸素側管板２もボルト締結により組立てるだけなので、管板に変形等が生じることが無い。また、組立時には、図示しない位置
決めピン等により位置決めすることにより、ボルト貫通穴にはかなりのクリアランス（ガタ）があったとしても、所望の精度で組立が可能となる。
【００１６】
以上のように、酸素側管板２およびオゾン側管板３が、それぞれ変形無く平面度を確保した上で、両者の平行度も設計精度以内の状態で組立てることができる。この状態において、接地電極管１とオゾン側管板３との間の拡管を行って溶接により、接地電極管１とオゾン側管板３とを結合する（ＳＴ５）。拡管は、一般的なシェルアンドチューブ型熱交換器の加工方法として通常用いられる方法であり、チューブ（本実施の形態においては接地電極管１）が１ｍｍ程度伸びる傾向があるが、接地電極管１は、反対側の酸素側管板２には挿入されているだけで、フリーの状態（自由に伸びることが可能）であるので、接地電極管１が曲がる心配は無い。ただし、接地電極管１とオゾン側管板３は溶接により結合しても良い。次に、接地電極管１と酸素側管板２とを溶接により接合する（ＳＴ６）。この溶接は、口元のみの溶接であり、入熱量が非常に小さいため、溶接歪もほとんど無く、接地電極管１が曲がる心配が無い。
以上により、接地電極管１が取り付けられた缶体の主要部が出来上がる。
【００１７】
ここで、オゾン発生装置の動作原理と絶縁について図３を用いて説明する。図１は、オゾン発生装置の容器である缶体を示す図であったが、図３は、オゾン発生装置として動作させるための高電圧電極管や交流高電圧電源を加えて示している。図３において図１と同一符号は、同一部分を示す。図３において、接地電極管１の内部には、同軸状に高電圧電極管１０が挿入される。高電圧電極管１０は、ここでは外径約20mmのガラス管の内面に、溶射、蒸着、メッキ、塗布等の方法により金属膜が形成されたものを用いる。ここで、接地電極管１の内径より高電圧電極管１０の外径の方が約0.6mm小さく、また、高電圧電極
管１０の外側には図示しないスペーサが設けられており、接地電極管１内面と高電圧電極管１０外面との間に約0.3mmの放電ギャップ１１を形成している。高電圧電極管１０のオ
ゾンヘッダ６側は閉塞されており、酸素ヘッダ５から供給される原料ガスは、放電ギャップ１１を通ってオゾンヘッダ６へ流れ込む。
【００１８】
９は交流高電圧電源であり、給電ライン９０を通じて給電部材９２により高電圧電極管１０の金属膜へ、例えば数kVの交流高電圧を供給している。一方、水室胴体４と酸素側管板２およびオゾン側管板３とはそれぞれ溶接あるいは拡管により、電気的に導通されている。この水室胴体４は接地されており、従って、接地電極管１および酸素側管板２およびオゾン側管板３ともに接地電位となっている。同様に酸素ヘッダ５およびオゾンヘッダ６も酸素側管板２およびオゾン側管板３と電気的に導通されており、接地電位となっている。９１は絶縁碍子であり、酸素ヘッダ５が接地電位であることより、高電圧の給電ライン９０を酸素ヘッダ５から絶縁するため設けられている。高電圧電極管１０の金属膜と接地電極管１との間にガラス、すなわち誘電体が存在するため、印加された交流高電圧により、放電ギャップ１１内にいわゆる無声放電が発生して、放電ギャップ１１を流れる酸素を含むガスの酸素がオゾン化する。このように、内面に金属膜を形成したガラス管を高電圧電極管１０とすることで、ガラス管が、構造体と、無声放電のための誘電体層とを兼ねることになる。誘電体にはガラスのほかセラミックス等も可能であるが、一般にガラスの方が安価である。
【００１９】
次に動作について説明する。原料ガスである酸素を原料ガス入口５１から供給する。酸素はここでは、図示しない液体酸素タンク、蒸発器、減圧弁等から構成される液体酸素設備から供給されている。酸素原料から放電によってオゾンを生成する際には、微量の窒素も必要なことが一般に知られているため、微量（酸素の1%以内の流量）の窒素も供給する必要がある。一方、PSA（圧力スイング吸着）装置等の酸素製造装置を利用して酸素を作
製してもよい。酸素製造装置により酸素を作製する場合は、一般に微量の窒素を含んだ状態で酸素が作製されるため、別途窒素供給を行う必要はない。原料ガス入口５１から供給
された原料ガスである酸素は、放電ギャップ１１を通過して、オゾン化ガス出口６１からオゾン発生装置外へ排出され、図示しない配管等を経由して、必要な場所へ供給されて利用される。
【００２０】
ここで、交流高電圧電源９により、交流高電圧が供給されると、高電圧電極管１０と接地電極管１との間に高電圧が印加された状態となり、放電ギャップ１１において無声放電が発生し、供給された酸素の一部がオゾンとなり、オゾンを含むガスがオゾン化ガス出口６１から排出される。ここで、冷却水入口４１より冷却水を供給し、冷却水出口４２より排出することにより水室胴体４内に冷却水を流して、放電ギャップ１１において放電によって発生する熱を、接地電極管１を通して排熱し、冷却することができる。しかし、放電ギャップ１１内においても、接地電極管１に近い側は冷却され易いものの、高電圧電極管１０に近い側は冷却され難い傾向にある。また、この例のように、高電圧電極管１０を誘電体で構成する場合には、誘電損失により発熱が生じ、誘電体自身で温度上昇する。また、高電圧電極管１０に形成された金属膜が有する抵抗によって、金属膜でもわずかながら発熱が生じる。これらにより、放電ギャップ１１の中でも高電圧電極管１０に近い側は接地電極管１に近い側よりも高温になりやすい。
【００２１】
一般に、オゾン発生において、温度が高いほどオゾン発生効率が下がることは広く知られている。上述のように、オゾンの発生は0.3ｍｍあるいはそれ以下の極狭い放電ギャッ
プを通して行なわれる。この極狭い放電ギャップが不均一であると、ギャップが広いところは、冷却が不十分でギャップ空間の温度が高めになりオゾン発生効率が低下するのに加えて、酸素ガスが多く流れるためオゾン濃度が上がらない。従って、ギャップのバラツキが大きいほど平均的なオゾン発生効率も低下する。つまり、周方向においても、流れ方向においてもギャップは均一であることが好ましい。このような観点に立ったとき、本実施の形態１によれば、接地電極管１が曲がる心配が無く、真直ぐな状態で保たれるため、均一なギャップが形成しやすくなり、結果的にオゾン発生効率の高いオゾン発生装置が得られる効果がある。
【００２２】
次に絶縁距離について説明する。前述の通り、高電圧電極管１０には、例えば数ｋVの
交流高電圧が印加され、酸素側管板２および酸素ヘッダ５は接地電位である。一方、高電圧電極管１０の内面にはほぼ端部まで高電圧が印加された場合高電圧となる金属膜が形成されている。このため、図３に示す、高電圧電極管１０と酸素ヘッダ筒５ａ壁までの距離Ａについて、絶縁距離として数ｃｍ程度は必要となる。また、高電圧電極管１０の端部から酸素側管板までの距離Ｂについては、沿面放電などの放電を生じさせないため、数ｃｍ以上の絶縁距離が必要である。ここで接地電極管１が多数配置されている場合を考えたとき、最外周に配置される接地電極管１と水室胴体４との間に大きな隙間があると、冷却水がすり抜けてしまい冷却効果が低下する。従って、図３においてＣで示す最外周の接地電極管１と水室胴体４との間隔は、接地電極管１同士の間隔、例えば1cm程度と同等にして
おく必要がある。なお、図３においては、図の複雑化を避けるため、接地電極管１は間引いて図示しているが、実際には上述のように、接地電極管１同士の間隔が例えば1cmとな
るように狭い間隔の同一ピッチで密に配置されている。
【００２３】
このとき図３のＡの絶縁距離を確保するため、水室胴体４の内径よりも酸素ヘッダ筒５aの内径の方が大きい構造としている。酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃは、オゾン側の
ような外フランジでもよいが、図１や図３で示すように酸素ヘッダ５の管板側フランジ５ｃを内フランジとするのが好ましい。このように、酸素ヘッダ５の管板側フランジ５ｃを内フランジとすることにより、オゾンヘッダ６のような外フランジとするよりも、酸素ヘッダ５の管板側フランジ５ｃの直径を小さく出来、装置全体の小型・軽量化が可能となる。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、例えば酸素ヘッダ側において、Ｏリング溝は、酸素側管板２および酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃに設けた例を示したが、これに限らず、Ｏリング溝を、例えば、胴体フランジ４ｄの酸素側管板２側および酸素側管板２の酸素ヘッダ側に設けても良い。こうすると、例えば、オゾン側を下、酸素側を上にして立てた状態で組立てる場合は、Ｏリング溝が上に開放された向きとなるため、Ｏリングを置くだけで、Ｏリングが落ちないように押える必要が無いため、組立てやすい。
【００２５】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２によるオゾン発生装置の容器となる缶体の構造を示す断面図である。また、図５は実施の形態２によるオゾン発生装置の要部である、図４の破線の円形Ｄで示した範囲の拡大断面図である。図４および図５において、図１と同一符号は同一または相当する部分を示す。以下、この発明の実施の形態２を図４および図５に基づいて説明する。図５の拡大断面図で示すように、酸素側管板２には、接地電極管１を通す穴の周囲にＯリング溝２１が形成されている。また、２２は直径約２５ｍｍのＯリングであり、接地電極管１と酸素管板２との間をシールしている。また、２３は、複数の接地電極管１の各々に装着されたＯリング２２を共通に押えるためのＯリング押え板であり、図示しない複数のボルトにより、酸素側管板２へ固定されている。こうすることで、Ｏリングがはずれることもなく、冷却水あるいは酸素ガスの圧力にも十分耐えられる構造となっている。また、他の構成要素は図１と同一であるため、説明を省略する。
【００２６】
本実施の形態２のオゾン発生装置は以上のように構成されているため、酸素側管板２から接地電極管１へかかる力が、実施の形態１の構成に比較してさらに低減される。従って、より接地電極管１の曲がる可能性が低減でき、オゾン発生効率のさらに高いオゾン発生装置を得る効果がある。また、酸素ヘッダ５の管板側フランジ５ｃの内フランジの効果等は実施の形態１と同様である。さらに、酸素側管板２の平面度が非常に高いため、多数配置されている接地電極管１のＯリング２２を押えるためにＯリング押え板２３は分割する必要が無く、１枚構成でも十分機能する。１枚で、多数の接地電極管１の全てのＯリング２２を押えるような構成としたことにより、製作および組立が容易となる。
【００２７】
図４の構造の缶体の主要部の組み立て工程を、図６に示す。図６において、ＳＴ１〜ＳＴ５の工程は、図２のＳＴ１〜ＳＴ５の工程と同じである。本実施の形態２においては、接地電極管１とオゾン側管板３とを拡管または溶接により結合（ＳＴ５）した後、接地電極管１の酸素側管板２側の端部よりＯリング２２を挿入し、Ｏリング押え板２３により酸素側管板２に形成されたＯリング溝２１にＯリングを押えて、酸素側管板２と接地電極管１との間をシールする（ＳＴ７）。以上により、接地電極管１が取り付けられた缶体の主要部が出来上がる。
【００２８】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３によるオゾン発生装置の酸素ヘッダの取り付け構造を示す図である。図７は、酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃをオゾン側管板３の側から見た図であり、わかりやすいように各ノズル（ガスや冷却水の出入口など）やオゾン側の各種フランジ部材は省略している。図７において、５２は管板締結ボルト、５３はヘッダ締結ボルトであり、それぞれ円周上に交互に配置されている。管板締結ボルト５２の位置では、酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃには何も加工が施されておらず、酸素側管板２にネジが切られている。従って、管板締結ボルト５２は酸素管板２と水室胴体フランジ４ｂとを締結し、酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃは締結していない。一方、ヘッダ締結ボルト５３の位置では、酸素管板２にはボルト径より若干大きい貫通穴が開けられており、酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃにはネジが切られている。従って、ヘッダ締結ボルト５３は、酸素側管板２を介して酸素ヘッダの管板側フランジ５ｃと水室胴体フランジ４ｂとを締結している。
【００２９】
このような構成とすることにより、管板締結ボルト５２により水室胴体４に酸素側管板２を締結した状態、すなわち酸素ヘッダ５を含まずに酸素側管板２、水室胴体４、オゾン側管板３およびオゾンヘッダ６の構造体を形成することが出来る。前述の通り、この状態で両管板が精度良く組立てられており、接地電極管１が取り付けられる。このとき、酸素側管板２と接地電極管１との間は、溶接（実施の形態１）あるいはＯリング（実施の形態２）あるいはその他の方法で取り付けられるが、酸素ヘッダ５が無いため作業が大変やりやすいという効果がある。一方オゾン側も作業はあるが、オゾンヘッダの長さが短く、邪魔にならないためオゾンヘッダ６が付いていても特に問題はない。
【００３０】
なお、本実施の形態のような構成にせず、全てのボルトを上記ヘッダ締結ボルトと同じ構成にして、酸素ヘッダ５と酸素側管板２を水室胴体４の胴体フランジ４ｂに全てヘッダ締結ボルトで同時に取り付ける構造の場合は、酸素ヘッダ５が固定されたままで、溶接あるいはＯリング挿入あるいはその他の作業を行なうことになるので、作業性に問題がある。この構造であって、酸素ヘッダ５を溶接あるいはＯリング挿入の後から取り付けようとすると、一旦酸素側管板２と水室胴体の胴体フランジ４ｂとの締結を外さないといけない。そのとき、せっかく精度良く組立てた酸素側管板２を一旦緩めることになり、位置ずれが発生する可能性があるとともに、作業が増えることになる。
【００３１】
よって、本実施の形態３に示すような構造とすることにより、精度良く組立てた酸素側管板２を水室胴体フランジ４ｂからはずすことなく、あとから酸素ヘッダ５のみを取り付けることが可能となり、大変作業性の良いオゾン発生装置が得られる効果がある。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、管板締結ボルト５２およびヘッダ締結ボルト５３は、それぞれ円周上に交互に配置され、個数が１：１となる例を示したが、必ずしも１：１の個数でなくても良い。例えば、管板締結ボルト５２は、組立途中の強度や位置精度が確保できる範囲で個数を減らしても良い。
【００３３】
実施の形態４．
本実施の形態４では、この発明によるオゾン発生装置の効果について説明する。図８は、放電ギャップの寸法が異なる場合のオゾン発生装置の性能を示したものである。縦軸は、それぞれの放電ギャップの寸法におけるオゾン発生量の最大値を１００％で示し、この最大値に対し、オゾン発生量がどの程度ばらつくかにより、オゾン発生装置の性能を表すものである。この最大値は、放電ギャップ長が放電管全体にわたって均一である場合に得られるオゾン発生量に相当する。
【００３４】
既に述べたように製作時の歪みにより接地電極管が曲がるため、放電ギャップ長を完全に均一にすることは出来ない。特に放電ギャップの寸法が０．４ｍｍ以下となると製作時のばらつきで放電ギャップ長のばらつきが大きくなり、オゾン発生装置の性能ばらつきの程度が大きくなる。図８の実線は本発明の構成によるオゾン発生装置の性能ばらつきを、破線は従来の構成によるオゾン発生装置の性能ばらつきを示す。これからわかるように、従来構成の場合は放電ギャップの寸法が０．３ｍｍ以下になると性能ばらつきが大きくなり、装置全体としてのオゾン発生効率が低下するが、本発明の構成では０．２ｍｍギャップにおいても性能ばらつきを小さく抑える事が出来、装置全体としてのオゾン発生効率を向上できる。よって、本発明の構成を取ることにより、特に、すなわち放電ギャップの寸法が０．３ｍｍ以下で、オゾン発生効率の高い安定した製品を供給できる効果が大きい。
【００３５】
ここで、放電ギャップの寸法とは、設計上の寸法であり、接地電極管の内径と高電圧電極管の外径の差から求まる寸法である。すなわち、接地電極管の内直径と高電圧電極管の外直径の差の２分の１が、放電ギャップの寸法に相当する。
【００３６】
なお、上記実施の形態１ないし４においては、原料ガスとして酸素を用いる場合で説明したが、原料ガスは空気の場合でも良く、オゾン発生効率の向上という同様の効果を有する。
【符号の説明】
【００３７】
１：接地電極管 ２：酸素側管板
３：オゾン側管板 ４：水室胴体
４ａ：水室胴体筒 ４ｂ、４ｃ：胴体フランジ
５：酸素ヘッダ ５ａ：酸素ヘッダ筒
５ｂ：フタ側フランジ ５ｃ：管板側フランジ
５１：原料ガス入口 ６：オゾンヘッダ
６ａ：オゾンヘッダ筒 ６ｂ：フタ側フランジ
６ｃ：管板側フランジ ６１：オゾン化ガス出口
７：酸素ヘッダのフタ ８：オゾンヘッダのフタ
９：交流高電圧電源 １０：高電圧電極管
１１：放電ギャップ ２１：Ｏリング溝
２２：Ｏリング ２３：Ｏリング押え板
４１：冷却水入口 ４２：冷却水出口
５２：管板締結ボルト ５３：ヘッダ締結ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地電極管と、この接地電極管の一方の端部を保持する酸素側管板と、前記接地電極管の他方の端部を保持するオゾン側管板と、前記接地電極管の周囲に冷却水を流通させる水室を形成するための水室胴体と、酸素を含む原料ガスを供給するための酸素ヘッダと、生成されたオゾンガスを集合させるオゾンヘッダとを備えたオゾン発生装置において、前記水室胴体の両側にフランジを形成し、このフランジのうち一方のフランジと前記酸素側管板とをボルト締結し、他方のフランジとオゾン側管板とをボルト締結したことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
酸素ヘッダにフランジを形成するとともに、前記酸素ヘッダのフランジと酸素側管板と水室胴体のフランジとをボルト締結したことを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
【請求項３】
酸素ヘッダおよび水室胴体は円筒形状であり、かつ前記酸素ヘッダのフランジは、前記酸素ヘッダの内部に位置する内フランジであって、前記酸素ヘッダの内径は前記水室胴体の内径よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
水室胴体に形成されたフランジと酸素側管板とを締結するための管板締結ボルトと、前記酸素側管板を介して前記水室胴体に形成されたフランジと酸素ヘッダに形成された内フランジとを締結するヘッダ締結ボルトと、を有することを特徴とする請求項３に記載のオゾン発生装置。
【請求項５】
接地電極管とオゾン側管板とのシールを拡管または溶接により行ない、前記接地電極管と酸素側管板とのシールを溶接により行なうことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載のオゾン発生装置。
【請求項６】
接地電極管とオゾン側管板とのシールを拡管または溶接により行ない、前記接地電極管と前記酸素側管板とのシールをＯリングにより行なうことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載のオゾン発生装置。
【請求項７】
複数の接地電極管の各々に装着されたＯリングを共通に押えるためのＯリング押え板を設けたことを特徴とする請求項６に記載のオゾン発生装置。
【請求項８】
接地電極管内部に高電圧電極管を挿入して形成される放電管において、前記接地電極管の内面と前記高電圧電極管の外面との間に保持される放電ギャップの寸法が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項に記載のオゾン発生装置。
【請求項９】
請求項１に記載のオゾン発生装置の製造方法であって、
オゾン側管板に接地電極を挿入する工程と、
前記オゾン側管板に水室胴体を位置合わせし、前記水室胴体と前記オゾン側管板とオゾンヘッダとをボルトにより締結する工程と、
酸素側管板に前記接地電極管を挿入するとともに、前記酸素側管板と前記水室胴体とを位置合わせする工程と、
前記酸素側管板と前記水室胴体とをボルトにより結合する工程と、
を備えたことを特徴とするオゾン発生装置の製造方法。
【請求項１０】
拡管または溶接により、前記接地電極管と前記オゾン側管板とを接合する工程と、
接地電極管と酸素側管板とを溶接により接合する工程とを備えたことを特徴とする請求項９に記載のオゾン発生装置の製造方法。
【請求項１１】
拡管または溶接により、前記接地電極管と前記オゾン側管板とを接合する工程と、
接地電極管の酸素側管板側の端部よりＯリングを挿入し、Ｏリング押え板により前記酸素側管板に形成されたＯリング溝にＯリングを押える工程とを備えたことを特徴とする請求項９に記載のオゾン発生装置の製造方法。
【請求項１】
接地電極管と、この接地電極管の一方の端部を保持する酸素側管板と、前記接地電極管の他方の端部を保持するオゾン側管板と、前記接地電極管の周囲に冷却水を流通させる水室を形成するための水室胴体と、酸素を含む原料ガスを供給するための酸素ヘッダと、生成されたオゾンガスを集合させるオゾンヘッダとを備えたオゾン発生装置において、前記水室胴体の両側にフランジを形成し、このフランジのうち一方のフランジと前記酸素側管板とをボルト締結し、他方のフランジとオゾン側管板とをボルト締結したことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
酸素ヘッダにフランジを形成するとともに、前記酸素ヘッダのフランジと酸素側管板と水室胴体のフランジとをボルト締結したことを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
【請求項３】
酸素ヘッダおよび水室胴体は円筒形状であり、かつ前記酸素ヘッダのフランジは、前記酸素ヘッダの内部に位置する内フランジであって、前記酸素ヘッダの内径は前記水室胴体の内径よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
水室胴体に形成されたフランジと酸素側管板とを締結するための管板締結ボルトと、前記酸素側管板を介して前記水室胴体に形成されたフランジと酸素ヘッダに形成された内フランジとを締結するヘッダ締結ボルトと、を有することを特徴とする請求項３に記載のオゾン発生装置。
【請求項５】
接地電極管とオゾン側管板とのシールを拡管または溶接により行ない、前記接地電極管と酸素側管板とのシールを溶接により行なうことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載のオゾン発生装置。
【請求項６】
接地電極管とオゾン側管板とのシールを拡管または溶接により行ない、前記接地電極管と前記酸素側管板とのシールをＯリングにより行なうことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載のオゾン発生装置。
【請求項７】
複数の接地電極管の各々に装着されたＯリングを共通に押えるためのＯリング押え板を設けたことを特徴とする請求項６に記載のオゾン発生装置。
【請求項８】
接地電極管内部に高電圧電極管を挿入して形成される放電管において、前記接地電極管の内面と前記高電圧電極管の外面との間に保持される放電ギャップの寸法が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項に記載のオゾン発生装置。
【請求項９】
請求項１に記載のオゾン発生装置の製造方法であって、
オゾン側管板に接地電極を挿入する工程と、
前記オゾン側管板に水室胴体を位置合わせし、前記水室胴体と前記オゾン側管板とオゾンヘッダとをボルトにより締結する工程と、
酸素側管板に前記接地電極管を挿入するとともに、前記酸素側管板と前記水室胴体とを位置合わせする工程と、
前記酸素側管板と前記水室胴体とをボルトにより結合する工程と、
を備えたことを特徴とするオゾン発生装置の製造方法。
【請求項１０】
拡管または溶接により、前記接地電極管と前記オゾン側管板とを接合する工程と、
接地電極管と酸素側管板とを溶接により接合する工程とを備えたことを特徴とする請求項９に記載のオゾン発生装置の製造方法。
【請求項１１】
拡管または溶接により、前記接地電極管と前記オゾン側管板とを接合する工程と、
接地電極管の酸素側管板側の端部よりＯリングを挿入し、Ｏリング押え板により前記酸素側管板に形成されたＯリング溝にＯリングを押える工程とを備えたことを特徴とする請求項９に記載のオゾン発生装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１２６６１４（Ｐ２０１２−１２６６１４Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８０４２９（Ｐ２０１０−２８０４２９）
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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