オゾン発生装置
【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】内管の内部が第一のガス室と連通し、外管の開放された他端部が第二のガス室と連通し、第一のガス室と第二のガス室との間をガスが放電空間を通って流れ、内管を高電圧電極として放電空間に交流電界を発生させることにより放電空間を流れるガスを放電させてオゾンを発生させるオゾン発生装置において、内管の内径よりも細い外径を有する支持パイプを内管に挿入し、支持パイプを第一のガス室と第二のガス室を分離するガス分離壁に貫通させて固定するようにした。
【解決手段】内管の内部が第一のガス室と連通し、外管の開放された他端部が第二のガス室と連通し、第一のガス室と第二のガス室との間をガスが放電空間を通って流れ、内管を高電圧電極として放電空間に交流電界を発生させることにより放電空間を流れるガスを放電させてオゾンを発生させるオゾン発生装置において、内管の内径よりも細い外径を有する支持パイプを内管に挿入し、支持パイプを第一のガス室と第二のガス室を分離するガス分離壁に貫通させて固定するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、酸素を含む原料ガス中での放電によりオゾンを生成するオゾン発生装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の同軸状の放電空間を持つオゾン発生装置(オゾナイザ)の放電部の構造には、(A)管状の金属製の接地電極の内側に、放電空間と誘電体が配置され、誘電体の内側にメタライズなどで形成された高電圧電極が同心状に構成されるもの(例えば、特許文献1)、(B)管状の金属製の2重管において、外側を接地電極、内側を高電圧電極とし、適当な放電空間を残すように、相対する面のどちらかに誘電体層をライニングしたもの(例えば、特許文献2)、(C)接地電極として電解液を管状の誘電体の外側に配し、内側に放電空間を挟んで、金属製の高電圧電極を配したもの(例えば、特許文献3)がある。
【0003】
これらどの方式においても、高電圧電極と接地電極の間に、1〜10kHz程度の高電圧交流を印加し、放電空間に流した酸素を含む原料ガス中で無声放電を発生させ、この放電により酸素をオゾンに変換してオゾンを生成する。この際、周辺温度が高いとオゾンが分解し、オゾン生成効率が低下するため(例えば特許文献2、3)、放電部を冷却している。冷却方法は通常、(A)、(B)の場合は、接地電極の外側に冷却水を流しており、(C)の場合は電解液自体を冷媒として、誘電体を冷却している。さらに、放電ギャップが均一でないと、オゾン発生効率が低下するため、適切な放電空間を維持する必要がある。このため、放電ギャップに適当なスペーサを挿入し、ギャップ間距離が均一になるように構成している(例えば特許文献4)。
【0004】
また、大容量のオゾナイザでは、オゾンの発生量を上げるため、オゾン発生管の長さを長くし、かつ本数を増やす必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2009-234861号公報
【特許文献2】特開2008-143729号公報
【特許文献3】特開2009-102177号公報
【特許文献4】特開2009-196823号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来のオゾン発生装置は以上のように構成されており、放電ギャップの均一性は、スペーサにより確保されると考えられてきた。しかし、発明者等の詳細な検討の結果、特に大容量のオゾナイザでは、発生管が長い棒状の中空構造のため、外力が加わると、比較的簡単に曲がってしまい、スペーサだけでは放電ギャップの均一性を保つのが難しいことがわかってきた。以下に、従来の構造(A)、(B)について、簡単に検討した例を示す。
【0007】
放電ギャップは、通常、0.1〜1mm程度に設定されるが、仮にギャップの精度を±10%に
設定するとすれば、必要な精度は0.1mm以下となる。両端を固定して、接地管に外力がか
からないようにする場合、隔壁に設けられた接地管を通す多数の穴の軸を、0.1mm程度の
精度で1m程離れて正対させる必要があるが、組立精度、隔壁の歪み、加工精度等、外乱が多く、この精度を保つのは技術的に大変困難である。通常の加工精度は、一つの加工機械で加工する場合で0.1%程度であるが、ここで要求されている精度が0.01%と、10倍以上
の高精度であることに加え、直径が1m超、長さ1.2m程度の被加工物を動かさずに加工できる機械は極めて高価なため、通常は、左右別々に穴加工せざるをえず、位置合わせ精度の確保も問題となる。仮に達成できたとしても、特殊なジグや工作機械、高度の工程管理が必要となり、大きなコストアップにつながる。
【0008】
さらに、接地管自体の歪みという問題がある。肉厚1mm、外直径25mm、長さ1mのSUS
パイプは、500gの力で0.1mm程度撓む。従来の構造(A)、(B)では、通常、接地管は
、両端が発生装置本体の冷却水とガスとの間の隔壁に、溶接、もしくは拡管により固定されているが、溶接や拡管により発生する応力はTon単位のため、kg単位の制御は難しく、
SUSパイプの肉厚を厚くしたり、スペーサの間隔を狭めて剛性を高めたとしても、0.1mm以下のギャップの精度を保つのは容易ではない。
【0009】
以上より、接地管のシールのための両側支持構造自体が放電管の応力発生に大きく関係しており、放電管の歪みを抑制することでギャップ精度を向上し、オゾン発生効率を向上させるためには、放電管自体に応力が発生しにくく、撓みの小さい構造を取るのが望ましい。
【0010】
一方、(C)の方式では、誘電体管、及び、高圧電極は一点で支持されおり、支持方法によるオゾン発生管の歪みは発生しない。しかし、この構造では、誘電体管と高圧電極を支持する蓋、及び分離壁に設けられた穴同士の位置と、誘電体管の軸を合わせないと、例え、Oリングシールのように、設置角度の尤度が高いシール方法をとったとしても、誘電
体管−高圧電極間に力がかかり、ギャップ間精度を低下させてしまう。しかも、この構造では、誘電体管が1点で支持されているが故に、誘電体管に角度方向の自由度が残り、誘電体管出口の位置精度が悪い。このため、誘電体管と高圧電極を支持する穴同士の位置を精度良く組み立てたとしても、誘電体管出口位置のばらつきにより、誘電体管−高圧電極間に力がかかり、ギャップ間精度が低下し、オゾン発生効率の低下につながるという問題がある。
【0011】
(C)の方式のもう一つの問題は、水流による応力である。この方式は、片端で支持された誘電体に横方向の水流を当てて冷却している。冷却効率は、流速が早いほど高くなるため、冷却効率を上げるためには、流速を上げるのが望ましい。しかし、誘電管が受ける力も流速に比例して大きくなるため、誘電体管の軸と垂直な方向の力も大きくなり、あまり流速が大きいと、支持部に大きな応力が発生して、誘電体管が破損するという問題がある。また、これを避けるため、誘電体管のサポートを配置した場合は、水流による応力で誘電体管が歪み、ギャップ精度が低下するという問題がある。
【0012】
(C)の方式のさらにもう一つの問題は、導電性冷媒を接地電極の代わりに用いていることである。安価な導電性冷媒は一般には水に電解質を溶かしたもの(電解液)であり、電気を流すことにより、陽極では酸化反応、陰極では還元反応が生じる。すなわち、導電性冷媒に接している金属は陽極電位になったときにイオン化され、溶液中に溶け出すことによって腐食が進む。このため、短周期でのメンテナンスが欠かせず、長期間の使用は難しいという問題がある。
【0013】
(C)の方式のさらにもう一つの問題は、導電性冷媒とオゾン室が蓋を介して接触しており、長時間の運転では、シールを浸透したオゾンが導電性冷媒に溶け込むことである。これは、誘電体管と蓋の間は、金属同士ではないため溶接が出来ず、Oリング等のシール
を用いる必要上、オゾンの浸透を完全に防止するのが難しいこと、及び、オゾン発生器の導電性冷媒は2次側の閉ループで循環させるため、溶け込んだオゾン濃度が徐々に上がることによる。このため、循環系の腐食に十分なオゾン濃度に達した冷媒により、循環系が短期間に腐食するという問題がある。
【0014】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、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得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
この発明は、端部側に位置し、ガス分離壁で区切られた第一のガス室と、ガス分離壁に対して第一のガス室の反対側に位置する第二のガス室と、この第二のガス室と冷媒分離壁で分離され冷媒が流れる冷媒室とを有する、両端が閉鎖された筒状の容器である缶体と、断面円形で、一端部が閉塞され、他端部が開放された管状の外管の内部に、断面円形で、両端が開放された管状の内管を同軸状に配設し、外管の内面と内管の外面との間をスペーサにより所定間隔に保持して放電空間を設けることにより形成された放電管とを備え、外管の外面は冷媒で冷却されるとともに、内管の内部が第一のガス室と連通し、外管の開放された他端部が第二のガス室と連通し、第一のガス室と第二のガス室との間をガスが放電空間を通って流れ、内管を高電圧電極として放電空間に交流電界を発生させることにより放電空間を流れるガスを放電させてオゾンを発生させるオゾン発生装置において、内管の内径よりも細い外径を有する支持パイプを内管に挿入し、支持パイプをガス分離壁に貫通させて固定するようにしたものである。
【発明の効果】
【0016】
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、放電管にかかる応力がほとんどなく、放電管の歪みが無いため、放電ギャップを均一に保つことができる。これにより、オゾン発生効率のよ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】
【0017】
【図1】この発明の実施の形態1によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図2】この発明の実施の形態1によるオゾン発生装置の放電管を複数配置した構成を示す断面図である。
【図3】この発明の実施の形態1によるオゾン発生装置の支持板の構成を示す平面図である。
【図4】この発明の実施の形態2によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図5】この発明の実施の形態3によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図6】この発明の実施の形態4によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図7】この発明の実施の形態5によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図8】この発明の実施の形態6によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図9】この発明の実施の形態6によるオゾン発生装置の動作を説明するための等価回路図である。
【図10】この発明の実施の形態6による別のオゾン発生装置の放電管部分を示す概略平面図である。
【図11】この発明の実施の形態7によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図12】この発明の実施の形態7によるオゾン発生装置の動作を説明するための等価回路図である。
【図13】この発明の実施の形態7によるオゾン発生装置の冷媒導入管および冷媒排出管部分の電位を説明する図である。
【図14】この発明の実施の形態7によるオゾン発生装置の配管部分の電位を計算した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
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を模式的に示す断面図である。大容量のオゾン発生装置は放電管が多数配置されているが、ここでは、本発明の要部を説明するために、放電管を1本のみ配置した図を用いる。また、図により構造が容易に把握できるよう、縮尺は、部材によって必ずしも同一の縮尺を用いていない。実物の寸法を把握できるよう、以下の説明において、部材の寸法などを適宜説明する。
【0019】
図1において、内管である高電圧電極1は、ステンレスパイプ等の円管状の導電性材料からなり、交流高電圧を印加するための電極としての役目と、原料ガスを導入するためのガス導入管の役目を担う。外管である誘電体管2は、片側を閉塞した管状であり、ガラス等の誘電体からなる。高電圧電極1は、誘電体管2の開放されている端部である開放端部16から挿通され、高電圧電極1の一端部18は誘電体管2の閉塞された端部である閉塞端部17近傍に配置されている。誘電体管2の内側面と高電圧電極1の外側面との間には、所定寸法の空隙を保つようスペーサ22が設置されており、この空隙が放電空間4となる。高電圧電極1の一端部18の反対側の端部である他端部19は、本実施の形態では、誘電体管2の開放端部16より外側に配置され、電源9から交流高電圧を印加するための給電ライン8と電気的に接続されている。
【0020】
高電圧電極1の他端部19には、栓28を介して、ある程度曲がるよう形状に自由度のある、高電圧電極1よりも細い支持パイプ29(テフロン(登録商標)チューブや、ステンレスパイプなど)が接続され、支持パイプ29はガス分離壁13を貫通し、端部は第一のガス室である原料ガス導入室11内と連通するように配置されている。高電圧電極1が、直接ガス分離壁13に接しておらず、高電圧電極1の位置と、ガス分離壁13に開けられた穴との間の位置のずれを支持パイプ29が吸収するため、高電圧電極1には力がかからず、その結果、誘電体管2と高電圧電極1との間に応力が発生することもない。さらに、支持パイプ29を用いることで、高価な高電圧電極1の長さを短くでき、コストの削減につながる。なお、支持パイプ29は、内管である高電圧電極1の内径よりも外径が細く、高電圧電極1よりも形状に自由度がある、すなわち柔軟性が高ければ良いが、支持パイプ29の材料は絶縁を考慮すると、テフロン(登録商標)等の絶縁材料が望ましい。
【0021】
誘電体管2の外周には、導電層30(メタライズ、メッキ、金属薄膜、導電性塗料等により形成されたもの)が形成されており、導電層30は、金属製の第一の冷媒分離壁7と電気的に接触させることで、電気的に接地されている。導電層30の厚みは、例えば0.1
〜50μmである。さらに、導電層30の上には導電層30への冷媒の侵入を防止して、導電層30の腐食を抑止するための被膜31(ワニス、防水塗料など)が形成されている。被膜31の厚みは例えば50〜200μmである。この被膜31は、放電などにより、誘電体
管に穴があいたり、ひびが入ったりした場合でも、誘電体内部への冷媒10の侵入を抑制する保護膜としての役目も担う。さらに、本実施の形態1では、冷媒10の圧力が、誘電体内側の圧力より低くなるように構成されている。このように構成すると、仮に放電による損傷が保護膜まで貫通し、穴が開いた場合でも、ガスが冷媒中に泡となって噴出するため、ガスは誘電体管2内部には侵入しない。
【0022】
冷媒室3は、その中に冷却水等の冷媒10が入れられており、冷媒10は、冷媒室3に設置されている冷媒入口20より入水し、冷媒排出口21から排水することにより冷媒室3の中を流れるようになっている。その際、冷媒は上部整流板23、下部整流板24によ
って、上下方向の流れに整流される。冷媒室3の上部には第一の冷媒分離壁7があり、第一の冷媒分離壁7の上部には、空気層25を介して、第二の冷媒分離壁26が配置される。
【0023】
ここに空気層25を配置するのは、(1)第一の冷媒分離壁7−誘電体管2間のシールに僅かな漏れが生じた場合に、オゾン側から冷却水にオゾンが流入し、冷媒10に溶けて冷媒ポンプなどを腐食させる、(2)第一の冷媒分離壁7−誘電体管2間のシールに僅かな漏れが生じた場合に冷媒10がオゾン領域に侵入すると、冷媒の作用によりオゾン生成効率が低下する可能性があるため、ここに空気層を設けることでそれらの可能性を無くし、信頼性を向上させるためである。尚、空気層25には、僅かなオゾンが侵入する可能性があるため、ベント27を設けて換気している。
【0024】
第二の冷媒分離壁26の上部には第二のガス室であるオゾン化ガス取出室12がある。オゾン化ガス取出室12の上部には、ガス分離壁13を介して第一のガス室である原料ガス導入室11がある。原料ガス導入室11には原料ガス5を導入するための原料ガス導入口14が設置されており、オゾン化ガス取出室12にはオゾン化ガス6を取り出すためのオゾン化ガス取出口15が設置されている。
誘電体管2は、第一の冷媒分離壁7、第二の冷媒分離壁26を貫通し、その開放端部16及びその近傍部分がオゾン化ガス取出室12内にあり、それ以外の部分は冷却室3の中に入れられており、冷媒10により冷却される。なお、第一のガス室である原料ガス導入室11と第二のガス室であるオゾン化ガス取出室12と冷媒室3とは全体として筒状の容器になっており、この筒状の容器全体を缶体70と称する。
【0025】
各部材の典型的な寸法を例示する。高電圧電極1の外径は19.6mm、内径は18.6mm、すなわち、肉厚0.5mmのステンレスパイプを使用する。誘電体管2の内径は20mm、外
径は22mm、すなわち肉厚1mmのガラス管を使用する。この例では、放電空間の空隙は0.2mmとなる。また誘電体管2の長さは、例えば1100mmで、高電圧電極1が誘電体管2から飛び出している長さは100mm程度とする。これらの寸法は、オゾン発生容量や、原料ガス、冷却能力などにより適宜設計されるものであり、上記寸法に固定されるものではないが、例えば上水処理に用いられるオゾン発生装置の放電管においては、上記の寸法前後が用いられる場合が多い。
【0026】
以下、図1に示す本実施の形態に係るオゾン発生装置の動作を説明する。まず、酸素を含む原料ガス5を、原料ガス導入口14から原料ガス導入室11に導入し、原料ガス導入室11を通じて高電圧電極1の他端19から管の中に導入する。導入された原料ガス5は、支持パイプ29を介して高電圧電極1の管の中を通り、その一端18から誘電体管2の閉塞端部17に排出され、放電空間4を通過して誘電体管2の開放端部16から排出される。
【0027】
酸素を含む原料ガス5を導入すると共に、給電ライン8を通じで電源9から高電圧電極1と、導電層30との間に交流高電圧を印加して交流電界を発生させ、放電空間4に無声放電を発生させる。放電空間4を流れる原料ガス5に含まれる酸素分子は、無声放電における電子衝突により分離されて、酸素原子が生成される。その酸素原子と周辺にある酸素分子が再結合することにより、オゾンが生成される。生成されたオゾン化ガス6は、放電空間4を抜けて、誘電体管2の開放端部16からオゾン化ガス取出室12に排出され、オゾン化ガス取出口15から取り出され、図示されていないが、例えば水処理装置などオゾンと接触する被処理物質のある装置、場所に供給される。
【0028】
なお、本実施の形態1では、原料ガス5を原料ガス導入口14から第一のガス室である原料ガス導入室11へ導入し、原料ガス導入室11から高電圧電極1内に供給し、放電空
間4でオゾン化し、第二のガス室であるオゾン化ガス取出室12を通ってオゾン化ガス取出口15から装置外部にオゾンを取り出すようにした。これとは逆に、第二のガス室12を原料ガス導入室とし、第一のガス室11をオゾン化ガス取出室として、第二のガス室12から原料ガスを放電空間4に供給し、放電空間4でオゾン化して、オゾン化ガスが高電圧電極1内を通って第一のガス室11にオゾン化ガスを取り出すような構成としても良い。以下の実施の形態においても、ガスの流れはいずれの方向であっても良い。
【0029】
図2は、図1の模式的な断面図で示した放電管を、複数配置した場合の構成例の断面図である。図2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。放電管50は、図1に示したように、高電圧電極1、スペーサ22、誘電体管2、導電層30、被膜31より構成される。図2において放電管50は4本しか示されていないが、大容量のオゾン発生装置では放電管50が1000本程度配置されるものもある。図2に示す支持板60は、搬送時等に放電管に無理な力がかからないように配置した板で、組立時に放電管50に応力が発生しないように、ゴムなどの柔らかい素材で構成されている。図3に支持板60の一例の詳細を示す。図3(A)は、支持板60を板面の垂直方向から見た図であり、放電管を支えるための孔が放電管の数だけ開けられている。また、図3(B)は、支持板の孔に放電管50が挿入された状態を示す拡大図であり、放電管50は、孔の周辺部から放電管50に伸びる数本の支持部61で支持されるとともに、冷媒が放電管50の近傍を流れるように、冷媒通路62が形成される構造となっている。この構成では、冷媒通路62を通る冷媒の流速が大きいため、放電管50の冷却効果が大きくなるという効果がある。
【0030】
以上説明したように、本実施の形態1に係るオゾン発生装置においては、内管である高電圧電極1が、形状に自由度のあるパイプを介してガス分離壁13に固定されているため、外管である誘電体管2と内管である高電圧電極1との間に応力が発生しない。この結果、誘電体管2と高電圧電極1の間の空隙である放電空間4の寸法、すなわち放電ギャップの精度が上がり、高効率なオゾン発生が可能となる。また、冷媒10も上部整流板23、下部整流板24により、誘電体管2の軸に平行に流れるので、冷却効率を高めるため流速を上げたとしても、誘電体管2に横方向の応力は発生せず、誘電体管2が歪むこともない。
【0031】
また、冷媒10とオゾン化ガス取出室12との間の隔壁に空気層25を設け、オゾン/冷媒の僅かな漏洩があっても、機能上の問題が起きないように配慮し、信頼性を向上させている。ただし、空気層25を設けるのは必須ではなく、冷媒室3と第二のガス室12は第一の冷媒分離壁7のみで分離しても良い。さらに、導電層30、被膜31によって、また、外部より内部の圧力を高めることによっても絶縁破壊による誘電体の貫通破壊による放電管内部への冷媒侵入から守ることで、信頼性を向上させている。
【0032】
一方、高電圧は、高電圧電極1と導電層30の間に印加されるので、冷媒10に電流が流れることはなく、冷媒室3の金属部が腐食することもない。
【0033】
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を模式的に示す断面図である。図4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。本実施の形態2は、実施の形態1における高電圧電極1の支持をより強固なものとする実施の形態である。まず、支持パイプ29の内部に拡管パイプ291を挿入する。拡管パイプ291の外径は、パイプ29の内径よりもわずかに大きく設定されている。パイプ29を栓28に挿入した後、拡管パイプ291をパイプ29に挿入することによりパイプ29と栓28が強固に固着される。この状態で栓28の外径は高電圧電極1の内径よりもわずかに大きくなっている。この栓28にパイプ29が固着された部材を高電圧電極1に挿入することにより、高電圧電
極1に栓28が強固に固着される。また、パイプ29の分離壁13への取り付けは、例えば、分離壁13にパイプ29を通した後、拡管パイプ292を圧入することで強固に固着される。これら、パイプ29、栓28は、テフロン(登録商標)などの絶縁材料で、ある程度の硬さがある材料を用いるのが好ましい。また、拡管パイプ291、292には、経時的なクリープを抑えるため、ステンレスパイプを用いる。
【0034】
高電圧電極1の一端18側には、例えばステンレス製の支持部材取付枠101を高電圧電極1に溶接などで接合し、この支持部材取付枠101にテフロン(登録商標)製の支持部材102を嵌め込んで固定する。支持部材102は管状であるが、高電圧電極1内から送り込まれてきた原料ガスが放電空間4へ流れ込むように側面に穴が開けられている。支持部材102が誘電体管2の閉塞された端部の内壁に接触するように、各部材の長さが設定されている。この様に構成することで、高電圧電極1はガス分離壁13と支持パイプ29で支持されるとともに、重量を、支持部材102を介して誘電体管2で支えることになり、支持パイプ29とガス分離壁13の支持部分への力が、支持部材102の誘電体管2への支持部分にも分散されることになり、支持パイプ29とガス分離壁13の支持部分へ加わる力が低減される。
【0035】
本実施の形態2では、さらに、誘電体管2の閉塞部の外面に接するように、冷媒室3に固定されたステンレス製のメッシュ部材301が設けられている。メッシュ部材301は冷媒10の流れを邪魔せずに、誘電体管2の重量の一部を支えるように構成されている。このようにして、誘電体管2、高電圧電極1などの重量を分散して支えるので、各支持部に加わる力が大きくならず、確実な支持が行える。
【0036】
なお、本実施の形態2では、拡管パイプ291、ナット292、支持部材102、メッシュ部材301を設けた構成としているが、いずれか一つの部材を設けたものでも、実施の形態1に比較して支持が強固となる効果があり、全てを設ける必要はない。
【0037】
実施の形態3.
図5は本発明の実施の形態3によるオゾン発生装置を模式的に示す断面図である。この図においても、簡単のため、放電管を1本のみ配置している。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。本実施の形態3では、内管である高電圧電極を、内面に高電圧電極用導電層103を形成した、両端が開放された高電圧電極用誘電体管100で構成している。また、片端170が閉塞されたステンレスなどの金属管を外管である接地電極200とし、内管である高電圧電極用誘電体管100を外管である接地電極200の中に同心状に挿入し、高電圧電極用誘電体管100の外面と接地電極200の内面との間隔をスペーサ22で保持し、放電空間4を形成する。接地電極200の内面と、高電圧電極誘電体管100の内面に形成された高電圧電極用導電層103との間に交流高電圧を印加して放電空間4中の酸素を含むガスを放電させてオゾンを発生させる。高電圧電極用導電層103は、開放された一端190側で高電圧電極用誘電体管100の外面まで回り込んだ部分104を有し、この高電圧電極用導電層103が高電圧電極用誘電体管100の外面まで回り込んだ部分104に給電ライン8を接続する。
【0038】
本実施の形態3においては、高電圧電極用誘電体管100が栓28と支持パイプ29によりガス分離壁13に支持される構成となっている。この構成においても、高電圧電極用誘電体管100が形状に自由度のある支持パイプ29を介してガス分離壁13に固定されているため、外管である接地電極管200と内管である高電圧電極用誘電体管100との間に応力が発生しない。この結果、接地電極管200と高電圧電極用誘電体管100との間の空隙である放電空間4の寸法、すなわち放電ギャップの精度が上がり、高効率なオゾン発生が可能となる。
【0039】
実施の形態4.
図6は本発明の実施の形態4によるオゾン発生装置を模式的に示す断面図である。この図においても、簡単のため、放電管を1本のみ配置している。図6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。本実施の形態4は、オゾンの出口付近の放電空間の温度を下げ、オゾンの高濃度化を図り、オゾン発生効率を上げることに主眼をおいている。特許文献3でも説明されているように、オゾンは周辺温度が高いと分解するため、発生効率が下がる。この効果は、オゾン濃度が高いほど顕著になるため、オゾン濃度の高い出口付近の温度が高いほど、オゾン濃度の低下が顕著になる。このため、オゾンの高効率発生のためには、出口付近の放電空間の温度を下げる必要がある。
【0040】
まず、出口付近で、誘電体管2が冷媒に接触せず、高温化しやすい部位での放電を無くすため、内管に外管である誘電体管2よりも短い高電圧電極32を用いて、内管全体が外管の内部に位置するようにして、冷却が行われる部位のみで放電させる構成している。さらに、上部整流板23に筒状の整流筒34を接合している。すなわち、外管である誘電体管2の軸方向の一部の周囲を取り巻き、誘電体管2との間に冷媒が流れる隙間を有する冷媒整流筒を設けた。この構成により、オゾン濃度が上がる放電管上部に、局所的に冷媒の流速の大きな部分を形成でき、冷却効率を向上させて、効率的にオゾンを発生させることができる。
【0041】
一方、本実施の形態4では、支持パイプ29の先端を閉塞して、先端部分の周囲にガス噴出孔33を設け、このガス噴出孔33から原料ガスを高電圧電極32の内面に吹き付け、高電圧電極32を介して放電空間4を冷却している。この際、さらに冷却効率を上げるため、例えば原料ガス導入室11に設けた冷却器35を用いて供給する原料ガスの温度を下げてもよい。このように局所的に冷却することで、原料ガスの熱容量に比して流量が小さく、全体の冷却が出来ない場合でも、必要な領域のみを効率的に冷却することができる。
【0042】
尚、本実施の形態4では、長さが同じ誘電体管2を用いた実施の形態1と比較して、放電空間4の長さは短くなる。その結果、同量のオゾンを発生させるため、放電管の本数を増やす必要があり、製作コストは高くなる。このため、放電空間の長さを変えずに、水冷の代わりに原料ガスによる空冷を用いて冷却することで、放電管の本数を変えずに運転することもできる。
【0043】
実施の形態5.
図7は本発明の実施の形態5によるオゾン発生装置を模式的に示す断面図である。この図においても、簡単のため、放電管を1本のみ配置している。図7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。実施の形態1〜4では、第一の冷媒分離壁7、第二の冷媒分離壁26の間に空気層25を設け、オゾンが冷媒10に溶け込むのを抑制したが、第一の冷媒分離壁7を設けずに、冷媒10の量を冷媒室3の容量よりも少なくして、冷媒室3の上部に空気層250を設けてもよい。この場合は、図7に示すように、ベント27からの水漏れを防止するため、ベント27をパイプ状にし、出口を上向きに配置するのが望ましい。また、さらに信頼性を上げるため、冷媒中にオゾンの分解を促進する触媒を混入させ、オゾンが冷媒中で高濃度になるのを抑制してもよい。
【0044】
また、この構成では、冷媒の冷媒室内での出口圧力を1気圧以上にすると、冷媒がベント27から噴き出してしまうため、実施の形態1〜4に示したような冷媒供給方法では誘電体管2に沿った冷媒の流速を上げことができない。このため、冷媒室3内に、冷媒導入口20から冷媒室3内に送出される冷媒が誘電体管2に向けて噴出されるよう、誘電体管2に向かう角度に開けられた冷媒噴出口360を有する冷媒噴出ジャケット36を設けた。すなわち、冷媒噴出口360から外管である誘電体管2の周囲に向けて冷媒を噴出させて、冷媒を冷媒室内に導入するようにした。このように、噴出した冷媒をオゾン濃度の高い誘電体管2上部に当てることで流速を上げ、局所的に冷却効率を高めている。
【0045】
実施の形態6.
図8は本発明の実施の形態6によるオゾン発生装置を模式的に示す断面図である。この図においても、簡単のため、放電管を1本のみ配置している。図8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。本実施の形態6では、冷媒に絶縁性の液体を用い、誘電体管2の周囲に近接して金属メッシュ37を配置することで、金属メッシュ37を接地電極としている。次に図8のオゾン発生装置の動作を図9の等価回路を用いて説明する。高電圧Vは、等価回路図の上部(高電圧電極32に相当)と下部(金属メッシュ37に相当)に接続されている。図においてC1は放電空間として形成される放電ギャップのキャパシタンス、Tは放電インピーダンス、C2は誘電体管2のキャパシタンス、C3は誘電体管外面と金属メッシュ37で構成されるキャパシタンス、R1は誘電体管外面と金属メッシュ間の抵抗である。
【0046】
電源から見ると、電源電圧Vが小さい方が安価な電源となる。一方、放電ギャップの電
圧V1及び電流Iは、設定された放電条件により決まる。V2は誘電体管の材質と形状によっ
て決まるC2と、電流Iから、V2=I/(ω・C2) (ωは交流の角周波数)より求まる。このため、V=V1+V2+V3を小さくするには、誘電体管外面と金属メッシュとの間の電圧V3を
小さくするのが望ましい。一方、絶縁性の冷媒を用い、R1>>1/(ω・C3)の場合には、誘電体管外面と金属メッシュとの間の電流はほとんどキャパシタンスC3を流れるので、十分に=I/(ω・C3)を小さくする(C3を大きくする)のが望ましい。C3は、(1)誘電
体管外面と金属メッシュの相対する面積が大きいほど、(2)誘電体管外面と金属メッシュの距離が短いほど、(3)誘電体管外面と金属メッシュの間の冷媒の誘電率が大きいほど大きくなる。このため、ある程度目の細かいメッシュを誘電体管に巻き付けるように配置し、絶縁性の液体(フッ素系液体、油など)の中から、誘電率の高いものを冷媒として用いるのが望ましい。また、放電管50の軸方向から見た概略平面図である図10に示すように、金属メッシュ37の代わりに、放電管50の周囲に近接して線状の接地金属線39を複数、放電管50の軸と平行に配置してもよい。
【0047】
一方、絶縁性の冷媒は一般に高価なため、ある程度の腐食を許容して、誘電率が高く、抵抗の大きい純水(誘電率80;比抵抗1MΩ/cm)を用いることもできる。この場合、必ずしもR1>>1/(ω・C3)とはならないため、純水中の実電流による損失を完全に無視することは難しい。また、純水を用いる場合には、図8に示すように、水路の途中に純水器38を設け、冷却水中のイオンを除去して高抵抗を保つ必要がある。腐食を許容しないなら、接地金属線の周囲に絶縁被膜を設けた電線(エナメル線など)を用いることで、腐食を防止できるが、キャパシタンスが小さくなるため、必要電圧は大きくなる。
【0048】
実施の形態7.
図11は本発明の実施の形態7によるオゾン発生装置を模式的に示す断面図である。この図においても、簡単のため、放電管を1本のみ配置している。図11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。本実施の形態7では、冷媒に導電性の液体を用い、さらに、冷媒室3の内面に絶縁被覆40を施している。また、冷媒室3に冷媒を導入する冷媒導入口20に接続されている冷媒導入配管201および冷媒を排出する冷媒排出口21に接続されている冷媒排出配管210についても、少なくとも各配管の内径と同じ深さまでは絶縁被覆40を施している。本実施の形態7によるオゾン発生装置の動作を図12の等価回路を用いて説明する。
【0049】
C1は放電ギャップのキャパシタンス、Tは放電インピーダンス、C2は誘電体管のキャパ
シタンスである。R2は導電性冷媒の抵抗、C4は、導電性冷媒と水冷ジャケット筐体間のキ
ャパシタンスである。電源からみればVを小さくするのが望ましいため、V4、V5を小さく
するのが望ましい。V4を小さくするには、(1)電解液自体の抵抗率を下げる、(2)放電管と接地電極の距離を小さくする、必要がある。V5を小さくするには、(1)絶縁被覆の膜厚を薄くする、(2)絶縁被覆の誘電率を上げる、(3)放電管と相対する面積を大きくする、等の方法がある。以上の条件を満たして、V4、V5を小さくする構造としては、例えば、図10に示したような、放電管50の周囲に線状の接地金属線39を複数、放電管50の軸と平行に配置した構成で、単なる接地金属線ではなく、絶縁被膜を施した接地金属線を放電管の周囲に設けると共に、電解液として食塩水のように電離度の高い電解質を用いればよい。
【0050】
このように、冷媒室3の金属表面に絶縁被膜40を設けることで、冷媒室3の金属が直接電解液に触れなくなるため、腐食を防止することができる。しかし、冷媒室内面のみならず、全ての冷媒配管の内面に絶縁被膜40を施すのは、かなりのコストが上昇につながる。そこで、発明者等は図13に示すように、配管の内部の電界分布を求め、配管による電界の遮蔽が働き、ある一定以上深いところには、高電圧電極が作る電界が届かず、電流も発生しないことに着目し、配管内部の電界強度を計算することで、皮膜が必要な範囲を求めた。
【0051】
図13は、電界計算により求めた等電位面の例である。図13において、左端に一定電位の電極が配置されている。この時、配管の入り口中心における電位をV0とし、入り口中心から、Lだけ離れた場所の電位をVとする。相似則より、Lを管直径dでノーマライズし
、VをV0でノーマライズした計算結果を図14に示す。図14に見られるように、円管中
央における電界強度は直径と同程度の深さで、入り口の1万分の1、直径の倍の深さで一
億分の1と急速に減衰する。これより、配管内の絶縁被膜については、少なくとも直径と同程度、安全を見ても直径の2倍程度の深さまで皮膜を形成すれば、配管に電流はほとんど流れず、電流による配管の腐食を抑制できる。
【0052】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、あるいはその構成要件を省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【0053】
1、32:高電圧電極(内管) 2:誘電体管(外管)
3:冷媒室 4:放電空間
5:原料ガス 6:オゾン化ガス
7:第一の冷媒分離壁 10:冷媒
11:原料ガス導入室(第一のガス室) 12:オゾン化ガス取出室(第二のガス室)13:ガス分離壁 14:原料ガス導入口
15:オゾン化ガス取出口 16:誘電体管の開放端部
17:誘電体管の閉塞端部 18:高電圧電極の一端部
19:高圧電極の他端部 20:冷媒導入口
21:冷媒排出口 22:スペーサ
23:上部整流板 24:下部整流板
25,250:空気層 26:第二の冷媒分離壁
29:支持パイプ 30:導電層
33:ガス噴出孔 34:整流筒
36:冷媒噴出孔 37:金属メッシュ
39:接地金属線 40:絶縁被覆
50:放電管 60:支持板
70:缶体 100:高電圧電極用誘電体管(内管)
103:高電圧電極用導電層 200:接地電極(外管)
201:冷媒導入配管 210:冷媒排出配管
【技術分野】
【0001】
この発明は、酸素を含む原料ガス中での放電によりオゾンを生成するオゾン発生装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の同軸状の放電空間を持つオゾン発生装置(オゾナイザ)の放電部の構造には、(A)管状の金属製の接地電極の内側に、放電空間と誘電体が配置され、誘電体の内側にメタライズなどで形成された高電圧電極が同心状に構成されるもの(例えば、特許文献1)、(B)管状の金属製の2重管において、外側を接地電極、内側を高電圧電極とし、適当な放電空間を残すように、相対する面のどちらかに誘電体層をライニングしたもの(例えば、特許文献2)、(C)接地電極として電解液を管状の誘電体の外側に配し、内側に放電空間を挟んで、金属製の高電圧電極を配したもの(例えば、特許文献3)がある。
【0003】
これらどの方式においても、高電圧電極と接地電極の間に、1〜10kHz程度の高電圧交流を印加し、放電空間に流した酸素を含む原料ガス中で無声放電を発生させ、この放電により酸素をオゾンに変換してオゾンを生成する。この際、周辺温度が高いとオゾンが分解し、オゾン生成効率が低下するため(例えば特許文献2、3)、放電部を冷却している。冷却方法は通常、(A)、(B)の場合は、接地電極の外側に冷却水を流しており、(C)の場合は電解液自体を冷媒として、誘電体を冷却している。さらに、放電ギャップが均一でないと、オゾン発生効率が低下するため、適切な放電空間を維持する必要がある。このため、放電ギャップに適当なスペーサを挿入し、ギャップ間距離が均一になるように構成している(例えば特許文献4)。
【0004】
また、大容量のオゾナイザでは、オゾンの発生量を上げるため、オゾン発生管の長さを長くし、かつ本数を増やす必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2009-234861号公報
【特許文献2】特開2008-143729号公報
【特許文献3】特開2009-102177号公報
【特許文献4】特開2009-196823号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来のオゾン発生装置は以上のように構成されており、放電ギャップの均一性は、スペーサにより確保されると考えられてきた。しかし、発明者等の詳細な検討の結果、特に大容量のオゾナイザでは、発生管が長い棒状の中空構造のため、外力が加わると、比較的簡単に曲がってしまい、スペーサだけでは放電ギャップの均一性を保つのが難しいことがわかってきた。以下に、従来の構造(A)、(B)について、簡単に検討した例を示す。
【0007】
放電ギャップは、通常、0.1〜1mm程度に設定されるが、仮にギャップの精度を±10%に
設定するとすれば、必要な精度は0.1mm以下となる。両端を固定して、接地管に外力がか
からないようにする場合、隔壁に設けられた接地管を通す多数の穴の軸を、0.1mm程度の
精度で1m程離れて正対させる必要があるが、組立精度、隔壁の歪み、加工精度等、外乱が多く、この精度を保つのは技術的に大変困難である。通常の加工精度は、一つの加工機械で加工する場合で0.1%程度であるが、ここで要求されている精度が0.01%と、10倍以上
の高精度であることに加え、直径が1m超、長さ1.2m程度の被加工物を動かさずに加工できる機械は極めて高価なため、通常は、左右別々に穴加工せざるをえず、位置合わせ精度の確保も問題となる。仮に達成できたとしても、特殊なジグや工作機械、高度の工程管理が必要となり、大きなコストアップにつながる。
【0008】
さらに、接地管自体の歪みという問題がある。肉厚1mm、外直径25mm、長さ1mのSUS
パイプは、500gの力で0.1mm程度撓む。従来の構造(A)、(B)では、通常、接地管は
、両端が発生装置本体の冷却水とガスとの間の隔壁に、溶接、もしくは拡管により固定されているが、溶接や拡管により発生する応力はTon単位のため、kg単位の制御は難しく、
SUSパイプの肉厚を厚くしたり、スペーサの間隔を狭めて剛性を高めたとしても、0.1mm以下のギャップの精度を保つのは容易ではない。
【0009】
以上より、接地管のシールのための両側支持構造自体が放電管の応力発生に大きく関係しており、放電管の歪みを抑制することでギャップ精度を向上し、オゾン発生効率を向上させるためには、放電管自体に応力が発生しにくく、撓みの小さい構造を取るのが望ましい。
【0010】
一方、(C)の方式では、誘電体管、及び、高圧電極は一点で支持されおり、支持方法によるオゾン発生管の歪みは発生しない。しかし、この構造では、誘電体管と高圧電極を支持する蓋、及び分離壁に設けられた穴同士の位置と、誘電体管の軸を合わせないと、例え、Oリングシールのように、設置角度の尤度が高いシール方法をとったとしても、誘電
体管−高圧電極間に力がかかり、ギャップ間精度を低下させてしまう。しかも、この構造では、誘電体管が1点で支持されているが故に、誘電体管に角度方向の自由度が残り、誘電体管出口の位置精度が悪い。このため、誘電体管と高圧電極を支持する穴同士の位置を精度良く組み立てたとしても、誘電体管出口位置のばらつきにより、誘電体管−高圧電極間に力がかかり、ギャップ間精度が低下し、オゾン発生効率の低下につながるという問題がある。
【0011】
(C)の方式のもう一つの問題は、水流による応力である。この方式は、片端で支持された誘電体に横方向の水流を当てて冷却している。冷却効率は、流速が早いほど高くなるため、冷却効率を上げるためには、流速を上げるのが望ましい。しかし、誘電管が受ける力も流速に比例して大きくなるため、誘電体管の軸と垂直な方向の力も大きくなり、あまり流速が大きいと、支持部に大きな応力が発生して、誘電体管が破損するという問題がある。また、これを避けるため、誘電体管のサポートを配置した場合は、水流による応力で誘電体管が歪み、ギャップ精度が低下するという問題がある。
【0012】
(C)の方式のさらにもう一つの問題は、導電性冷媒を接地電極の代わりに用いていることである。安価な導電性冷媒は一般には水に電解質を溶かしたもの(電解液)であり、電気を流すことにより、陽極では酸化反応、陰極では還元反応が生じる。すなわち、導電性冷媒に接している金属は陽極電位になったときにイオン化され、溶液中に溶け出すことによって腐食が進む。このため、短周期でのメンテナンスが欠かせず、長期間の使用は難しいという問題がある。
【0013】
(C)の方式のさらにもう一つの問題は、導電性冷媒とオゾン室が蓋を介して接触しており、長時間の運転では、シールを浸透したオゾンが導電性冷媒に溶け込むことである。これは、誘電体管と蓋の間は、金属同士ではないため溶接が出来ず、Oリング等のシール
を用いる必要上、オゾンの浸透を完全に防止するのが難しいこと、及び、オゾン発生器の導電性冷媒は2次側の閉ループで循環させるため、溶け込んだオゾン濃度が徐々に上がることによる。このため、循環系の腐食に十分なオゾン濃度に達した冷媒により、循環系が短期間に腐食するという問題がある。
【0014】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、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得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
この発明は、端部側に位置し、ガス分離壁で区切られた第一のガス室と、ガス分離壁に対して第一のガス室の反対側に位置する第二のガス室と、この第二のガス室と冷媒分離壁で分離され冷媒が流れる冷媒室とを有する、両端が閉鎖された筒状の容器である缶体と、断面円形で、一端部が閉塞され、他端部が開放された管状の外管の内部に、断面円形で、両端が開放された管状の内管を同軸状に配設し、外管の内面と内管の外面との間をスペーサにより所定間隔に保持して放電空間を設けることにより形成された放電管とを備え、外管の外面は冷媒で冷却されるとともに、内管の内部が第一のガス室と連通し、外管の開放された他端部が第二のガス室と連通し、第一のガス室と第二のガス室との間をガスが放電空間を通って流れ、内管を高電圧電極として放電空間に交流電界を発生させることにより放電空間を流れるガスを放電させてオゾンを発生させるオゾン発生装置において、内管の内径よりも細い外径を有する支持パイプを内管に挿入し、支持パイプをガス分離壁に貫通させて固定するようにしたものである。
【発明の効果】
【0016】
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、放電管にかかる応力がほとんどなく、放電管の歪みが無いため、放電ギャップを均一に保つことができる。これにより、オゾン発生効率のよ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】
【0017】
【図1】この発明の実施の形態1によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図2】この発明の実施の形態1によるオゾン発生装置の放電管を複数配置した構成を示す断面図である。
【図3】この発明の実施の形態1によるオゾン発生装置の支持板の構成を示す平面図である。
【図4】この発明の実施の形態2によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図5】この発明の実施の形態3によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図6】この発明の実施の形態4によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図7】この発明の実施の形態5によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図8】この発明の実施の形態6によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図9】この発明の実施の形態6によるオゾン発生装置の動作を説明するための等価回路図である。
【図10】この発明の実施の形態6による別のオゾン発生装置の放電管部分を示す概略平面図である。
【図11】この発明の実施の形態7によるオゾン発生装置を示す模式的な断面図である。
【図12】この発明の実施の形態7によるオゾン発生装置の動作を説明するための等価回路図である。
【図13】この発明の実施の形態7によるオゾン発生装置の冷媒導入管および冷媒排出管部分の電位を説明する図である。
【図14】この発明の実施の形態7によるオゾン発生装置の配管部分の電位を計算した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
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を模式的に示す断面図である。大容量のオゾン発生装置は放電管が多数配置されているが、ここでは、本発明の要部を説明するために、放電管を1本のみ配置した図を用いる。また、図により構造が容易に把握できるよう、縮尺は、部材によって必ずしも同一の縮尺を用いていない。実物の寸法を把握できるよう、以下の説明において、部材の寸法などを適宜説明する。
【0019】
図1において、内管である高電圧電極1は、ステンレスパイプ等の円管状の導電性材料からなり、交流高電圧を印加するための電極としての役目と、原料ガスを導入するためのガス導入管の役目を担う。外管である誘電体管2は、片側を閉塞した管状であり、ガラス等の誘電体からなる。高電圧電極1は、誘電体管2の開放されている端部である開放端部16から挿通され、高電圧電極1の一端部18は誘電体管2の閉塞された端部である閉塞端部17近傍に配置されている。誘電体管2の内側面と高電圧電極1の外側面との間には、所定寸法の空隙を保つようスペーサ22が設置されており、この空隙が放電空間4となる。高電圧電極1の一端部18の反対側の端部である他端部19は、本実施の形態では、誘電体管2の開放端部16より外側に配置され、電源9から交流高電圧を印加するための給電ライン8と電気的に接続されている。
【0020】
高電圧電極1の他端部19には、栓28を介して、ある程度曲がるよう形状に自由度のある、高電圧電極1よりも細い支持パイプ29(テフロン(登録商標)チューブや、ステンレスパイプなど)が接続され、支持パイプ29はガス分離壁13を貫通し、端部は第一のガス室である原料ガス導入室11内と連通するように配置されている。高電圧電極1が、直接ガス分離壁13に接しておらず、高電圧電極1の位置と、ガス分離壁13に開けられた穴との間の位置のずれを支持パイプ29が吸収するため、高電圧電極1には力がかからず、その結果、誘電体管2と高電圧電極1との間に応力が発生することもない。さらに、支持パイプ29を用いることで、高価な高電圧電極1の長さを短くでき、コストの削減につながる。なお、支持パイプ29は、内管である高電圧電極1の内径よりも外径が細く、高電圧電極1よりも形状に自由度がある、すなわち柔軟性が高ければ良いが、支持パイプ29の材料は絶縁を考慮すると、テフロン(登録商標)等の絶縁材料が望ましい。
【0021】
誘電体管2の外周には、導電層30(メタライズ、メッキ、金属薄膜、導電性塗料等により形成されたもの)が形成されており、導電層30は、金属製の第一の冷媒分離壁7と電気的に接触させることで、電気的に接地されている。導電層30の厚みは、例えば0.1
〜50μmである。さらに、導電層30の上には導電層30への冷媒の侵入を防止して、導電層30の腐食を抑止するための被膜31(ワニス、防水塗料など)が形成されている。被膜31の厚みは例えば50〜200μmである。この被膜31は、放電などにより、誘電体
管に穴があいたり、ひびが入ったりした場合でも、誘電体内部への冷媒10の侵入を抑制する保護膜としての役目も担う。さらに、本実施の形態1では、冷媒10の圧力が、誘電体内側の圧力より低くなるように構成されている。このように構成すると、仮に放電による損傷が保護膜まで貫通し、穴が開いた場合でも、ガスが冷媒中に泡となって噴出するため、ガスは誘電体管2内部には侵入しない。
【0022】
冷媒室3は、その中に冷却水等の冷媒10が入れられており、冷媒10は、冷媒室3に設置されている冷媒入口20より入水し、冷媒排出口21から排水することにより冷媒室3の中を流れるようになっている。その際、冷媒は上部整流板23、下部整流板24によ
って、上下方向の流れに整流される。冷媒室3の上部には第一の冷媒分離壁7があり、第一の冷媒分離壁7の上部には、空気層25を介して、第二の冷媒分離壁26が配置される。
【0023】
ここに空気層25を配置するのは、(1)第一の冷媒分離壁7−誘電体管2間のシールに僅かな漏れが生じた場合に、オゾン側から冷却水にオゾンが流入し、冷媒10に溶けて冷媒ポンプなどを腐食させる、(2)第一の冷媒分離壁7−誘電体管2間のシールに僅かな漏れが生じた場合に冷媒10がオゾン領域に侵入すると、冷媒の作用によりオゾン生成効率が低下する可能性があるため、ここに空気層を設けることでそれらの可能性を無くし、信頼性を向上させるためである。尚、空気層25には、僅かなオゾンが侵入する可能性があるため、ベント27を設けて換気している。
【0024】
第二の冷媒分離壁26の上部には第二のガス室であるオゾン化ガス取出室12がある。オゾン化ガス取出室12の上部には、ガス分離壁13を介して第一のガス室である原料ガス導入室11がある。原料ガス導入室11には原料ガス5を導入するための原料ガス導入口14が設置されており、オゾン化ガス取出室12にはオゾン化ガス6を取り出すためのオゾン化ガス取出口15が設置されている。
誘電体管2は、第一の冷媒分離壁7、第二の冷媒分離壁26を貫通し、その開放端部16及びその近傍部分がオゾン化ガス取出室12内にあり、それ以外の部分は冷却室3の中に入れられており、冷媒10により冷却される。なお、第一のガス室である原料ガス導入室11と第二のガス室であるオゾン化ガス取出室12と冷媒室3とは全体として筒状の容器になっており、この筒状の容器全体を缶体70と称する。
【0025】
各部材の典型的な寸法を例示する。高電圧電極1の外径は19.6mm、内径は18.6mm、すなわち、肉厚0.5mmのステンレスパイプを使用する。誘電体管2の内径は20mm、外
径は22mm、すなわち肉厚1mmのガラス管を使用する。この例では、放電空間の空隙は0.2mmとなる。また誘電体管2の長さは、例えば1100mmで、高電圧電極1が誘電体管2から飛び出している長さは100mm程度とする。これらの寸法は、オゾン発生容量や、原料ガス、冷却能力などにより適宜設計されるものであり、上記寸法に固定されるものではないが、例えば上水処理に用いられるオゾン発生装置の放電管においては、上記の寸法前後が用いられる場合が多い。
【0026】
以下、図1に示す本実施の形態に係るオゾン発生装置の動作を説明する。まず、酸素を含む原料ガス5を、原料ガス導入口14から原料ガス導入室11に導入し、原料ガス導入室11を通じて高電圧電極1の他端19から管の中に導入する。導入された原料ガス5は、支持パイプ29を介して高電圧電極1の管の中を通り、その一端18から誘電体管2の閉塞端部17に排出され、放電空間4を通過して誘電体管2の開放端部16から排出される。
【0027】
酸素を含む原料ガス5を導入すると共に、給電ライン8を通じで電源9から高電圧電極1と、導電層30との間に交流高電圧を印加して交流電界を発生させ、放電空間4に無声放電を発生させる。放電空間4を流れる原料ガス5に含まれる酸素分子は、無声放電における電子衝突により分離されて、酸素原子が生成される。その酸素原子と周辺にある酸素分子が再結合することにより、オゾンが生成される。生成されたオゾン化ガス6は、放電空間4を抜けて、誘電体管2の開放端部16からオゾン化ガス取出室12に排出され、オゾン化ガス取出口15から取り出され、図示されていないが、例えば水処理装置などオゾンと接触する被処理物質のある装置、場所に供給される。
【0028】
なお、本実施の形態1では、原料ガス5を原料ガス導入口14から第一のガス室である原料ガス導入室11へ導入し、原料ガス導入室11から高電圧電極1内に供給し、放電空
間4でオゾン化し、第二のガス室であるオゾン化ガス取出室12を通ってオゾン化ガス取出口15から装置外部にオゾンを取り出すようにした。これとは逆に、第二のガス室12を原料ガス導入室とし、第一のガス室11をオゾン化ガス取出室として、第二のガス室12から原料ガスを放電空間4に供給し、放電空間4でオゾン化して、オゾン化ガスが高電圧電極1内を通って第一のガス室11にオゾン化ガスを取り出すような構成としても良い。以下の実施の形態においても、ガスの流れはいずれの方向であっても良い。
【0029】
図2は、図1の模式的な断面図で示した放電管を、複数配置した場合の構成例の断面図である。図2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。放電管50は、図1に示したように、高電圧電極1、スペーサ22、誘電体管2、導電層30、被膜31より構成される。図2において放電管50は4本しか示されていないが、大容量のオゾン発生装置では放電管50が1000本程度配置されるものもある。図2に示す支持板60は、搬送時等に放電管に無理な力がかからないように配置した板で、組立時に放電管50に応力が発生しないように、ゴムなどの柔らかい素材で構成されている。図3に支持板60の一例の詳細を示す。図3(A)は、支持板60を板面の垂直方向から見た図であり、放電管を支えるための孔が放電管の数だけ開けられている。また、図3(B)は、支持板の孔に放電管50が挿入された状態を示す拡大図であり、放電管50は、孔の周辺部から放電管50に伸びる数本の支持部61で支持されるとともに、冷媒が放電管50の近傍を流れるように、冷媒通路62が形成される構造となっている。この構成では、冷媒通路62を通る冷媒の流速が大きいため、放電管50の冷却効果が大きくなるという効果がある。
【0030】
以上説明したように、本実施の形態1に係るオゾン発生装置においては、内管である高電圧電極1が、形状に自由度のあるパイプを介してガス分離壁13に固定されているため、外管である誘電体管2と内管である高電圧電極1との間に応力が発生しない。この結果、誘電体管2と高電圧電極1の間の空隙である放電空間4の寸法、すなわち放電ギャップの精度が上がり、高効率なオゾン発生が可能となる。また、冷媒10も上部整流板23、下部整流板24により、誘電体管2の軸に平行に流れるので、冷却効率を高めるため流速を上げたとしても、誘電体管2に横方向の応力は発生せず、誘電体管2が歪むこともない。
【0031】
また、冷媒10とオゾン化ガス取出室12との間の隔壁に空気層25を設け、オゾン/冷媒の僅かな漏洩があっても、機能上の問題が起きないように配慮し、信頼性を向上させている。ただし、空気層25を設けるのは必須ではなく、冷媒室3と第二のガス室12は第一の冷媒分離壁7のみで分離しても良い。さらに、導電層30、被膜31によって、また、外部より内部の圧力を高めることによっても絶縁破壊による誘電体の貫通破壊による放電管内部への冷媒侵入から守ることで、信頼性を向上させている。
【0032】
一方、高電圧は、高電圧電極1と導電層30の間に印加されるので、冷媒10に電流が流れることはなく、冷媒室3の金属部が腐食することもない。
【0033】
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を模式的に示す断面図である。図4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。本実施の形態2は、実施の形態1における高電圧電極1の支持をより強固なものとする実施の形態である。まず、支持パイプ29の内部に拡管パイプ291を挿入する。拡管パイプ291の外径は、パイプ29の内径よりもわずかに大きく設定されている。パイプ29を栓28に挿入した後、拡管パイプ291をパイプ29に挿入することによりパイプ29と栓28が強固に固着される。この状態で栓28の外径は高電圧電極1の内径よりもわずかに大きくなっている。この栓28にパイプ29が固着された部材を高電圧電極1に挿入することにより、高電圧電
極1に栓28が強固に固着される。また、パイプ29の分離壁13への取り付けは、例えば、分離壁13にパイプ29を通した後、拡管パイプ292を圧入することで強固に固着される。これら、パイプ29、栓28は、テフロン(登録商標)などの絶縁材料で、ある程度の硬さがある材料を用いるのが好ましい。また、拡管パイプ291、292には、経時的なクリープを抑えるため、ステンレスパイプを用いる。
【0034】
高電圧電極1の一端18側には、例えばステンレス製の支持部材取付枠101を高電圧電極1に溶接などで接合し、この支持部材取付枠101にテフロン(登録商標)製の支持部材102を嵌め込んで固定する。支持部材102は管状であるが、高電圧電極1内から送り込まれてきた原料ガスが放電空間4へ流れ込むように側面に穴が開けられている。支持部材102が誘電体管2の閉塞された端部の内壁に接触するように、各部材の長さが設定されている。この様に構成することで、高電圧電極1はガス分離壁13と支持パイプ29で支持されるとともに、重量を、支持部材102を介して誘電体管2で支えることになり、支持パイプ29とガス分離壁13の支持部分への力が、支持部材102の誘電体管2への支持部分にも分散されることになり、支持パイプ29とガス分離壁13の支持部分へ加わる力が低減される。
【0035】
本実施の形態2では、さらに、誘電体管2の閉塞部の外面に接するように、冷媒室3に固定されたステンレス製のメッシュ部材301が設けられている。メッシュ部材301は冷媒10の流れを邪魔せずに、誘電体管2の重量の一部を支えるように構成されている。このようにして、誘電体管2、高電圧電極1などの重量を分散して支えるので、各支持部に加わる力が大きくならず、確実な支持が行える。
【0036】
なお、本実施の形態2では、拡管パイプ291、ナット292、支持部材102、メッシュ部材301を設けた構成としているが、いずれか一つの部材を設けたものでも、実施の形態1に比較して支持が強固となる効果があり、全てを設ける必要はない。
【0037】
実施の形態3.
図5は本発明の実施の形態3によるオゾン発生装置を模式的に示す断面図である。この図においても、簡単のため、放電管を1本のみ配置している。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。本実施の形態3では、内管である高電圧電極を、内面に高電圧電極用導電層103を形成した、両端が開放された高電圧電極用誘電体管100で構成している。また、片端170が閉塞されたステンレスなどの金属管を外管である接地電極200とし、内管である高電圧電極用誘電体管100を外管である接地電極200の中に同心状に挿入し、高電圧電極用誘電体管100の外面と接地電極200の内面との間隔をスペーサ22で保持し、放電空間4を形成する。接地電極200の内面と、高電圧電極誘電体管100の内面に形成された高電圧電極用導電層103との間に交流高電圧を印加して放電空間4中の酸素を含むガスを放電させてオゾンを発生させる。高電圧電極用導電層103は、開放された一端190側で高電圧電極用誘電体管100の外面まで回り込んだ部分104を有し、この高電圧電極用導電層103が高電圧電極用誘電体管100の外面まで回り込んだ部分104に給電ライン8を接続する。
【0038】
本実施の形態3においては、高電圧電極用誘電体管100が栓28と支持パイプ29によりガス分離壁13に支持される構成となっている。この構成においても、高電圧電極用誘電体管100が形状に自由度のある支持パイプ29を介してガス分離壁13に固定されているため、外管である接地電極管200と内管である高電圧電極用誘電体管100との間に応力が発生しない。この結果、接地電極管200と高電圧電極用誘電体管100との間の空隙である放電空間4の寸法、すなわち放電ギャップの精度が上がり、高効率なオゾン発生が可能となる。
【0039】
実施の形態4.
図6は本発明の実施の形態4によるオゾン発生装置を模式的に示す断面図である。この図においても、簡単のため、放電管を1本のみ配置している。図6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。本実施の形態4は、オゾンの出口付近の放電空間の温度を下げ、オゾンの高濃度化を図り、オゾン発生効率を上げることに主眼をおいている。特許文献3でも説明されているように、オゾンは周辺温度が高いと分解するため、発生効率が下がる。この効果は、オゾン濃度が高いほど顕著になるため、オゾン濃度の高い出口付近の温度が高いほど、オゾン濃度の低下が顕著になる。このため、オゾンの高効率発生のためには、出口付近の放電空間の温度を下げる必要がある。
【0040】
まず、出口付近で、誘電体管2が冷媒に接触せず、高温化しやすい部位での放電を無くすため、内管に外管である誘電体管2よりも短い高電圧電極32を用いて、内管全体が外管の内部に位置するようにして、冷却が行われる部位のみで放電させる構成している。さらに、上部整流板23に筒状の整流筒34を接合している。すなわち、外管である誘電体管2の軸方向の一部の周囲を取り巻き、誘電体管2との間に冷媒が流れる隙間を有する冷媒整流筒を設けた。この構成により、オゾン濃度が上がる放電管上部に、局所的に冷媒の流速の大きな部分を形成でき、冷却効率を向上させて、効率的にオゾンを発生させることができる。
【0041】
一方、本実施の形態4では、支持パイプ29の先端を閉塞して、先端部分の周囲にガス噴出孔33を設け、このガス噴出孔33から原料ガスを高電圧電極32の内面に吹き付け、高電圧電極32を介して放電空間4を冷却している。この際、さらに冷却効率を上げるため、例えば原料ガス導入室11に設けた冷却器35を用いて供給する原料ガスの温度を下げてもよい。このように局所的に冷却することで、原料ガスの熱容量に比して流量が小さく、全体の冷却が出来ない場合でも、必要な領域のみを効率的に冷却することができる。
【0042】
尚、本実施の形態4では、長さが同じ誘電体管2を用いた実施の形態1と比較して、放電空間4の長さは短くなる。その結果、同量のオゾンを発生させるため、放電管の本数を増やす必要があり、製作コストは高くなる。このため、放電空間の長さを変えずに、水冷の代わりに原料ガスによる空冷を用いて冷却することで、放電管の本数を変えずに運転することもできる。
【0043】
実施の形態5.
図7は本発明の実施の形態5によるオゾン発生装置を模式的に示す断面図である。この図においても、簡単のため、放電管を1本のみ配置している。図7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。実施の形態1〜4では、第一の冷媒分離壁7、第二の冷媒分離壁26の間に空気層25を設け、オゾンが冷媒10に溶け込むのを抑制したが、第一の冷媒分離壁7を設けずに、冷媒10の量を冷媒室3の容量よりも少なくして、冷媒室3の上部に空気層250を設けてもよい。この場合は、図7に示すように、ベント27からの水漏れを防止するため、ベント27をパイプ状にし、出口を上向きに配置するのが望ましい。また、さらに信頼性を上げるため、冷媒中にオゾンの分解を促進する触媒を混入させ、オゾンが冷媒中で高濃度になるのを抑制してもよい。
【0044】
また、この構成では、冷媒の冷媒室内での出口圧力を1気圧以上にすると、冷媒がベント27から噴き出してしまうため、実施の形態1〜4に示したような冷媒供給方法では誘電体管2に沿った冷媒の流速を上げことができない。このため、冷媒室3内に、冷媒導入口20から冷媒室3内に送出される冷媒が誘電体管2に向けて噴出されるよう、誘電体管2に向かう角度に開けられた冷媒噴出口360を有する冷媒噴出ジャケット36を設けた。すなわち、冷媒噴出口360から外管である誘電体管2の周囲に向けて冷媒を噴出させて、冷媒を冷媒室内に導入するようにした。このように、噴出した冷媒をオゾン濃度の高い誘電体管2上部に当てることで流速を上げ、局所的に冷却効率を高めている。
【0045】
実施の形態6.
図8は本発明の実施の形態6によるオゾン発生装置を模式的に示す断面図である。この図においても、簡単のため、放電管を1本のみ配置している。図8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。本実施の形態6では、冷媒に絶縁性の液体を用い、誘電体管2の周囲に近接して金属メッシュ37を配置することで、金属メッシュ37を接地電極としている。次に図8のオゾン発生装置の動作を図9の等価回路を用いて説明する。高電圧Vは、等価回路図の上部(高電圧電極32に相当)と下部(金属メッシュ37に相当)に接続されている。図においてC1は放電空間として形成される放電ギャップのキャパシタンス、Tは放電インピーダンス、C2は誘電体管2のキャパシタンス、C3は誘電体管外面と金属メッシュ37で構成されるキャパシタンス、R1は誘電体管外面と金属メッシュ間の抵抗である。
【0046】
電源から見ると、電源電圧Vが小さい方が安価な電源となる。一方、放電ギャップの電
圧V1及び電流Iは、設定された放電条件により決まる。V2は誘電体管の材質と形状によっ
て決まるC2と、電流Iから、V2=I/(ω・C2) (ωは交流の角周波数)より求まる。このため、V=V1+V2+V3を小さくするには、誘電体管外面と金属メッシュとの間の電圧V3を
小さくするのが望ましい。一方、絶縁性の冷媒を用い、R1>>1/(ω・C3)の場合には、誘電体管外面と金属メッシュとの間の電流はほとんどキャパシタンスC3を流れるので、十分に=I/(ω・C3)を小さくする(C3を大きくする)のが望ましい。C3は、(1)誘電
体管外面と金属メッシュの相対する面積が大きいほど、(2)誘電体管外面と金属メッシュの距離が短いほど、(3)誘電体管外面と金属メッシュの間の冷媒の誘電率が大きいほど大きくなる。このため、ある程度目の細かいメッシュを誘電体管に巻き付けるように配置し、絶縁性の液体(フッ素系液体、油など)の中から、誘電率の高いものを冷媒として用いるのが望ましい。また、放電管50の軸方向から見た概略平面図である図10に示すように、金属メッシュ37の代わりに、放電管50の周囲に近接して線状の接地金属線39を複数、放電管50の軸と平行に配置してもよい。
【0047】
一方、絶縁性の冷媒は一般に高価なため、ある程度の腐食を許容して、誘電率が高く、抵抗の大きい純水(誘電率80;比抵抗1MΩ/cm)を用いることもできる。この場合、必ずしもR1>>1/(ω・C3)とはならないため、純水中の実電流による損失を完全に無視することは難しい。また、純水を用いる場合には、図8に示すように、水路の途中に純水器38を設け、冷却水中のイオンを除去して高抵抗を保つ必要がある。腐食を許容しないなら、接地金属線の周囲に絶縁被膜を設けた電線(エナメル線など)を用いることで、腐食を防止できるが、キャパシタンスが小さくなるため、必要電圧は大きくなる。
【0048】
実施の形態7.
図11は本発明の実施の形態7によるオゾン発生装置を模式的に示す断面図である。この図においても、簡単のため、放電管を1本のみ配置している。図11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。本実施の形態7では、冷媒に導電性の液体を用い、さらに、冷媒室3の内面に絶縁被覆40を施している。また、冷媒室3に冷媒を導入する冷媒導入口20に接続されている冷媒導入配管201および冷媒を排出する冷媒排出口21に接続されている冷媒排出配管210についても、少なくとも各配管の内径と同じ深さまでは絶縁被覆40を施している。本実施の形態7によるオゾン発生装置の動作を図12の等価回路を用いて説明する。
【0049】
C1は放電ギャップのキャパシタンス、Tは放電インピーダンス、C2は誘電体管のキャパ
シタンスである。R2は導電性冷媒の抵抗、C4は、導電性冷媒と水冷ジャケット筐体間のキ
ャパシタンスである。電源からみればVを小さくするのが望ましいため、V4、V5を小さく
するのが望ましい。V4を小さくするには、(1)電解液自体の抵抗率を下げる、(2)放電管と接地電極の距離を小さくする、必要がある。V5を小さくするには、(1)絶縁被覆の膜厚を薄くする、(2)絶縁被覆の誘電率を上げる、(3)放電管と相対する面積を大きくする、等の方法がある。以上の条件を満たして、V4、V5を小さくする構造としては、例えば、図10に示したような、放電管50の周囲に線状の接地金属線39を複数、放電管50の軸と平行に配置した構成で、単なる接地金属線ではなく、絶縁被膜を施した接地金属線を放電管の周囲に設けると共に、電解液として食塩水のように電離度の高い電解質を用いればよい。
【0050】
このように、冷媒室3の金属表面に絶縁被膜40を設けることで、冷媒室3の金属が直接電解液に触れなくなるため、腐食を防止することができる。しかし、冷媒室内面のみならず、全ての冷媒配管の内面に絶縁被膜40を施すのは、かなりのコストが上昇につながる。そこで、発明者等は図13に示すように、配管の内部の電界分布を求め、配管による電界の遮蔽が働き、ある一定以上深いところには、高電圧電極が作る電界が届かず、電流も発生しないことに着目し、配管内部の電界強度を計算することで、皮膜が必要な範囲を求めた。
【0051】
図13は、電界計算により求めた等電位面の例である。図13において、左端に一定電位の電極が配置されている。この時、配管の入り口中心における電位をV0とし、入り口中心から、Lだけ離れた場所の電位をVとする。相似則より、Lを管直径dでノーマライズし
、VをV0でノーマライズした計算結果を図14に示す。図14に見られるように、円管中
央における電界強度は直径と同程度の深さで、入り口の1万分の1、直径の倍の深さで一
億分の1と急速に減衰する。これより、配管内の絶縁被膜については、少なくとも直径と同程度、安全を見ても直径の2倍程度の深さまで皮膜を形成すれば、配管に電流はほとんど流れず、電流による配管の腐食を抑制できる。
【0052】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、あるいはその構成要件を省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【0053】
1、32:高電圧電極(内管) 2:誘電体管(外管)
3:冷媒室 4:放電空間
5:原料ガス 6:オゾン化ガス
7:第一の冷媒分離壁 10:冷媒
11:原料ガス導入室(第一のガス室) 12:オゾン化ガス取出室(第二のガス室)13:ガス分離壁 14:原料ガス導入口
15:オゾン化ガス取出口 16:誘電体管の開放端部
17:誘電体管の閉塞端部 18:高電圧電極の一端部
19:高圧電極の他端部 20:冷媒導入口
21:冷媒排出口 22:スペーサ
23:上部整流板 24:下部整流板
25,250:空気層 26:第二の冷媒分離壁
29:支持パイプ 30:導電層
33:ガス噴出孔 34:整流筒
36:冷媒噴出孔 37:金属メッシュ
39:接地金属線 40:絶縁被覆
50:放電管 60:支持板
70:缶体 100:高電圧電極用誘電体管(内管)
103:高電圧電極用導電層 200:接地電極(外管)
201:冷媒導入配管 210:冷媒排出配管
【特許請求の範囲】
【請求項1】
両端が閉鎖された筒状の容器である缶体の片方の端部側に位置し、ガス分離壁で区切られた第一のガス室と、上記ガス分離壁に対して上記第一のガス室の反対側に位置する第二のガス室と、この第二のガス室と冷媒分離壁で分離され冷媒が流れる冷媒室と、
断面円形で、一端部が閉塞され、他端部が開放された管状の外管の内部に、断面円形で、両端が開放された管状の内管を同軸状に配設し、上記外管の内面と上記内管の外面との間をスペーサにより所定間隔に保持して放電空間を設けることにより形成された放電管と
を備え、
上記外管の外面は上記冷媒で冷却されるとともに、
上記内管の内部が第一のガス室と連通し、上記外管の開放された他端部が上記第二のガス室と連通し、第一のガス室と第二のガス室との間をガスが放電空間を通って流れ、上記内管を高電圧電極として上記放電空間に交流電界を発生させることにより上記放電空間を流れるガスを放電させてオゾンを発生させるオゾン発生装置において、
上記内管の内径よりも細い外径を有する支持パイプを上記内管に挿入し、上記支持パイプを上記ガス分離壁に貫通させて固定したことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項2】
放電管の軸が重力方向に向いており、第一のガス室が缶体の最上部に位置し、支持パイプは内管よりも上方に突出して、上記支持パイプを上記内管よりも上方でガス分離壁に固定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】
冷媒室内に、外管の周囲を支える支持板を設けた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】
冷媒分離壁と冷媒上面との間に、外部雰囲気と流通可能な空気層を有する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5】
冷媒分離壁が、第一の冷媒分離壁と、第二の冷媒分離壁とで構成され、上記第一の冷媒分離壁と上記第二の冷媒分離壁との間に、外部雰囲気と流通可能な空気層を有することを特徴とする請求項4に記載のオゾン発生装置。
【請求項6】
原料ガスが第一のガス室を通じて支持パイプから内管内部に導入され、上記原料ガスが外管の閉塞された一端部から放電空間に流れ込み、上記外管の開放された他端部から第二のガス室へ放電空間でオゾン化されたオゾン化ガスを取り出すよう構成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7】
内管全体が外管の内部に位置するとともに、支持パイプの内管に挿入された端部が閉塞され、上記支持パイプの内管に挿入された部分の側面にガス噴出孔を設け、原料ガスを内管内部に噴出させる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】
内管を導電性材料で構成し、外管を誘電体材料で構成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9】
外管の外面に導電層を形成し、この導電層を接地電位としたことを特徴とする請求項8に記載のオゾン発生装置。
【請求項10】
外管の外面に近接して、または外管の外面に金属体を設け、この金属体を接地電位としたことを特徴とする請求項8に記載のオゾン発生装置。
【請求項11】
冷媒室内に、外管の軸方向の一部の周囲を取り巻き、上記外管との間に冷媒が流れる隙
間を有する冷媒整流筒を設けたことを特徴とする請求項8に記載のオゾン発生装置。
【請求項12】
冷媒噴出口から外管の周囲に向けて冷媒を噴出させて、冷媒を冷媒室内に導入することを特徴とする請求項8に記載のオゾン発生装置。
【請求項13】
冷媒を導電性液体とするとともに、上記冷媒を導入する冷媒導入配管の内面、および冷媒を排出する冷媒排出配管の内面であって、冷媒室の開口から、少なくともそれぞれの管の直径とそれぞれ同じ距離まで絶縁被膜で覆われていることを特徴とする請求項8に記載のオゾン発生装置。
【請求項14】
内管を誘電体材料で構成するとともに、この内管の内面に導電層を形成し、外管を導電性材料で構成して、この外管を接地電位と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1】
両端が閉鎖された筒状の容器である缶体の片方の端部側に位置し、ガス分離壁で区切られた第一のガス室と、上記ガス分離壁に対して上記第一のガス室の反対側に位置する第二のガス室と、この第二のガス室と冷媒分離壁で分離され冷媒が流れる冷媒室と、
断面円形で、一端部が閉塞され、他端部が開放された管状の外管の内部に、断面円形で、両端が開放された管状の内管を同軸状に配設し、上記外管の内面と上記内管の外面との間をスペーサにより所定間隔に保持して放電空間を設けることにより形成された放電管と
を備え、
上記外管の外面は上記冷媒で冷却されるとともに、
上記内管の内部が第一のガス室と連通し、上記外管の開放された他端部が上記第二のガス室と連通し、第一のガス室と第二のガス室との間をガスが放電空間を通って流れ、上記内管を高電圧電極として上記放電空間に交流電界を発生させることにより上記放電空間を流れるガスを放電させてオゾンを発生させるオゾン発生装置において、
上記内管の内径よりも細い外径を有する支持パイプを上記内管に挿入し、上記支持パイプを上記ガス分離壁に貫通させて固定したことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項2】
放電管の軸が重力方向に向いており、第一のガス室が缶体の最上部に位置し、支持パイプは内管よりも上方に突出して、上記支持パイプを上記内管よりも上方でガス分離壁に固定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】
冷媒室内に、外管の周囲を支える支持板を設けた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】
冷媒分離壁と冷媒上面との間に、外部雰囲気と流通可能な空気層を有する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5】
冷媒分離壁が、第一の冷媒分離壁と、第二の冷媒分離壁とで構成され、上記第一の冷媒分離壁と上記第二の冷媒分離壁との間に、外部雰囲気と流通可能な空気層を有することを特徴とする請求項4に記載のオゾン発生装置。
【請求項6】
原料ガスが第一のガス室を通じて支持パイプから内管内部に導入され、上記原料ガスが外管の閉塞された一端部から放電空間に流れ込み、上記外管の開放された他端部から第二のガス室へ放電空間でオゾン化されたオゾン化ガスを取り出すよう構成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7】
内管全体が外管の内部に位置するとともに、支持パイプの内管に挿入された端部が閉塞され、上記支持パイプの内管に挿入された部分の側面にガス噴出孔を設け、原料ガスを内管内部に噴出させる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】
内管を導電性材料で構成し、外管を誘電体材料で構成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9】
外管の外面に導電層を形成し、この導電層を接地電位としたことを特徴とする請求項8に記載のオゾン発生装置。
【請求項10】
外管の外面に近接して、または外管の外面に金属体を設け、この金属体を接地電位としたことを特徴とする請求項8に記載のオゾン発生装置。
【請求項11】
冷媒室内に、外管の軸方向の一部の周囲を取り巻き、上記外管との間に冷媒が流れる隙
間を有する冷媒整流筒を設けたことを特徴とする請求項8に記載のオゾン発生装置。
【請求項12】
冷媒噴出口から外管の周囲に向けて冷媒を噴出させて、冷媒を冷媒室内に導入することを特徴とする請求項8に記載のオゾン発生装置。
【請求項13】
冷媒を導電性液体とするとともに、上記冷媒を導入する冷媒導入配管の内面、および冷媒を排出する冷媒排出配管の内面であって、冷媒室の開口から、少なくともそれぞれの管の直径とそれぞれ同じ距離まで絶縁被膜で覆われていることを特徴とする請求項8に記載のオゾン発生装置。
【請求項14】
内管を誘電体材料で構成するとともに、この内管の内面に導電層を形成し、外管を導電性材料で構成して、この外管を接地電位と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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図2】
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【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【公開番号】特開2012−121754(P2012−121754A)
【公開日】平成24年6月28日(2012.6.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−273430(P2010−273430)
【出願日】平成22年12月8日(2010.12.8)
【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6月28日(2012.6.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年12月8日(2010.12.8)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】
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