オゾン発生電極

【課題】効率よくオゾンを生成させることができるオゾン発生電極を提供する。
【解決手段】筒壁部３ａ及びその両端側をそれぞれ閉塞させる一対の端壁部９ａ，９ｂを有する円筒形状の内側電極３と、空間を介して対向するように内側電極３の外側に配置された円筒形状の外側電極１と、外側電極１及び内側電極３の互いに対向する面の少なくとも何れか一方に設けられた誘電体２とを備え、内側電極３が、その各端壁部９ａ，９ｂに冷媒の流入口１０及び流出口１１がそれぞれ設けられ、その流入口１０及び流出口１１を通じて循環する冷媒によって内側から冷却されることが可能とされたオゾン発生電極を提供する。該オゾン発生電極は内側電極３内に、冷媒の流路をその筒壁内周部３ｂ側に規制する柱状の流路規制部材５と、内側電極３の筒壁内周部３ｂ側における冷媒の流れを保持する筒側突起状スペーサ７を有している。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理などに用いられるオゾン発生装置に関し、オゾン発生中に電極で生ずる放電発熱の冷却を図り、効率よくオゾンを発生させることのできるオゾン発生電極の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾン発生装置は、上下水道における水処理に用いられる装置である。
【０００３】
従来から使用されているオゾン発生装置としては、二つの平板状の電極を対向させ、対向した電極の少なくとも一方に誘電体が配置され、その間に放電空間を形成して、この放電空間に酸素を含む原料ガスを流しつつ、二つの電極に交流高電圧を印加して酸素からオゾンを発生させる方法がある。また、図９に示すように、電極として円筒形状のものを用い、外側に接地電極を設け、接地電極の内部に高電圧電極を配置し、対向した電極の少なくとも一方に誘電体が配置された同軸円筒型のオゾン発生電極も使用されている。
【０００４】
同軸円筒型のオゾン発生電極の場合には、図９に示すように、酸素を含む原料ガス２０を接地電極１と高電圧電極３の間の放電空間６に流通させる。接地電極１と高電圧電極３を交流高電圧の電源装置（図示していない）に接続し、この電源装置から供給される電力により放電空間６に無声放電を発生させる。放電による電子衝突により、放電空間６を流れる原料ガス２０に含まれる酸素分子から酸素原子が生成され、酸素原子とその周辺にあるほかの酸素分子とが再結合することでオゾンが生成される。生成したオゾン化ガスは放電空間６から図示していないオゾンと接触する被処理物質のある装置や場所に供給される。
【０００５】
高電圧電極３には、放電で発生した熱を除去するために、電極を冷却する冷媒の流路が設けられており、ここに冷媒を流通させて高電圧電極３を冷却する。或いは、接地電極１の外側に、図示していないが、接地電極１に隣接して電極を冷却する冷媒の流路を設け、接地電極１を冷却しても良い。
【０００６】
このように電極を冷却する目的は、放電により電極が発熱し、この発熱で放電空間６の中で生成したオゾンが再び分解してしまうおそれがあるため、このオゾンの熱分解を防止するためである。
【０００７】
同軸円筒型のオゾン発生電極として、従来からさまざまなものが提案されている。例えば、先行特許文献１には、内部に冷却体を有する同軸円筒型のオゾン発生電極を示している（特許文献１参照）。ここでは発熱による温度上昇や冷却による膨張や収縮によって、ガラスなどの誘電体の管の破損などが破損しないように伸縮ギャップを設けたものを開示している。
ところで、高電圧電極又は接地電極である筒状の内側電極を冷却するために、その内部に空間部を設け、ここに冷却用の冷媒を流して電極を冷却する方法が採用されている。
そして、この場合における内側電極の冷却効率を向上させるために、内側電極内に、冷媒の流路をその筒壁内周部側に規制する柱状の流路規制部材を設けたオゾン発生電極が提案がなされている（特許文献２及び３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−１４１０５号公報
【特許文献２】特開平７−２２３８０５号公報
【特許文献３】特開平１０−１８２１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、このような従来のオゾン発生電極に対しては、流路規制部材を予め内側電極内で位置決め固定させる手間を省き、これにより、製造の容易化を図ることが要請されている。
【００１０】
本発明の目的は、内側電極内に柱状の流路規制部材を設ける場合にも製造の容易化を図ることができるオゾン発生電極、及び、これを用いたオゾン発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
即ち、本発明は、以下の内容をその要旨とする発明である。
（１）筒壁部及びその両端側をそれぞれ閉塞させる一対の端壁部を有する筒形状の内側電極と、空間を介して対向するように内側電極の外側に配置された外側電極と、前記外側電極及び前記内側電極の互いに対向する面の少なくとも何れか一方に設けられた誘電体とを備え、前記内側電極が、その各端壁部に冷媒の流入口及び流出口がそれぞれ設けられ、その流入口及び流出口を通じて循環する冷媒によって内側から冷却されることが可能とされたオゾン発生電極であって、前記内側電極内に、冷媒の流路をその筒壁内周部側に規制する柱状の流路規制部材を有しており、前記流路規制部材の側面及び前記筒壁内周部の少なくとも何れか一方が、前記内側電極の筒壁内周部側における冷媒の流れを保持する筒側突起状スペーサを有しており、前記流路規制部材及び前記下流側端壁部の少なくとも何れか一方が、流路規制部材が下流側端壁部の前記流出口における冷媒の流れを保持する形状に形成されており、前記流路規制部材が、前記内側電極の軸線方向に沿って該内側電極内に移動可能に設けられている、オゾン発生電極。
【００１２】
（２）前記流路規制部材及び前記下流側端壁部の少なくとも何れか一方が、前記流出口における冷媒の流れを保持する出口側突起状スペーサを有している、上記（１）に記載のオゾン発生電極。
【００１３】
（３）前記筒側突起状スペーサ及び前記出口側突起状スペーサの何れもが、前記流路規制部材に設けられている、上記（２）に記載のオゾン発生電極。
【００１４】
（４）前記流路規制部材が、その横断面形状が前記内側電極の内部空間の横断面形状に対し相似形状に形成されている、上記（１）又は（２）に記載のオゾン発生電極。
【００１５】
（５）前記内側電極が、円筒形状に形成されている、上記（１）〜（３）の何れかに記載のオゾン発生電極。
【００１６】
（６）前記上流側端壁部が前記下流側端壁部に比して低い位置に設置されている場合において、前記流路規制部材及び前記上流側端壁部の少なくとも何れか一方が、前記流入口における冷媒の流れを保持する入口側突起状スペーサを有している、上記（１）〜（４）の何れかに記載のオゾン発生電極。
【００１７】
（７）上記（１）〜（６）の何れかに記載のオゾン発生電極を用いた、オゾン発生装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るオゾン発生電極によれば、内側電極内に、冷媒の流路をその筒壁内周部側に規制する柱状の流路規制部材が軸線方向に沿って移動可能とされ、しかも、内側電極の筒壁内周部側及び下流側端壁部の流出口における冷媒の流れが保持されるので、流路規制部材は、冷媒の流れを受けると直ちに下流側端壁部に対して押し付けられて冷媒のスムースな流れを確保しうる位置に位置決めされ、冷媒の流れの力を利用せずに予め内側電極内で位置決め固定されていたのと同様な機能を発揮することが可能となる。すなわち、このようなオゾン発生電極によれば、流路規制部材を予め内側電極内で位置決め固定させる手間を省くことが可能となり、これにより、製造の容易化を図ることが可能となる。
【００１９】
なお、本発明のように、流路規制部材短部又は下流側端壁部の少なくとも何れか一方に冷媒流れと同方向に突起物（出口側突起状スペーサ）を設けると、冷媒の流れる流路を狭くして流路を流れる冷媒の流速を大きくすることが可能となり、層流状態ではなく乱流状態で冷媒を流すことができる。そして、内側電極との熱交換効率、冷却効果が向上し、オゾン発生に際して内側電極に放電のために発生する熱を効率よく除去することができ、その結果オゾンの熱分解を防止し、オゾンをより効率よく発生させることができる。また、副次的な効果として、電極を水平状態で使用する場合、冷却用冷媒の流路の中に空気が残留することがあるが、本発明の電極では冷媒の流速が大きくなり、内部の空気も一緒に押し流すことができる。
【００２０】
また、流路規制部材及び上流側端壁部の少なくとも何れか一方が、流入口における冷媒の流れを保持する入口側突起状スペーサを有するものとすれば、オゾン発生電極がその上流側端壁部が下流側端壁部に比して低い位置に設置されているタイプのものである場合にも、上記効果を享受することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付けた場合の、冷媒流通方向の断面図の一例である。
【図２（ａ）】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付けた場合の、流路規制部材と内側電極の冷媒流通方向の直角の断面図の例である。
【図２（ｂ）】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付けた場合の、流路規制部材と内側電極の冷媒流通方向の直角の断面図の例である。
【図２（ｃ）】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付けた場合の、流路規制部材と内側電極の冷媒流通方向の直角の断面図の例である。
【図３】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付け、流路規制部材の側面に突起物を取り付けた場合の冷媒流通方向の断面図の一例である。
【図４（ａ）】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付け、流路規制部材の側面に突起物を取り付けた場合の、流路規制部材と内側電極の冷媒流通方向の直角の断面図の例である。
【図４（ｂ）】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付け、流路規制部材の側面に突起物を取り付けた場合の、流路規制部材と内側電極の冷媒流通方向の直角の断面図の例である。
【図４（ｃ）】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付け、流路規制部材の側面に突起物を取り付けた場合の、流路規制部材と内側電極の冷媒流通方向の直角の断面図の例である。
【図５（ａ）】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付け、流路規制部材の側面に突起物を取り付けた場合の固定状態を示す、流路規制部材と内側電極の冷媒流通方向の直角の断面図の例である。
【図５（ｂ）】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付け、流路規制部材の側面に突起物を取り付けた場合の固定状態を示す、流路規制部材と内側電極の冷媒流通方向の直角の断面図の例である。
【図５（ｃ）】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付け、流路規制部材の側面に突起物を取り付けた場合の固定状態を示す、流路規制部材と内側電極の冷媒流通方向の直角の断面図の例である。
【図６】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付け、流路規制部材の側面に突起物を取り付けた場合の固定状態を示す、流路規制部材と内側電極の冷媒流通方向の断面図の一例である。
【図７】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材を取り付け、スパイラル状突出部を取り付けた場合の、流路規制部材と内側電極の冷媒流通方向の断面図の一例である。
【図８】本発明のオゾン発生電極に流路規制部材とその側面に突起物を取り付け、更に冷媒流通方向と同方向に突起物を取り付けた場合の冷媒流通方向の断面図の一例である。
【図９】従来技術によるオゾン発生電極の冷媒流通方向の断面図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明をさらに詳しく説明する。図１は、本発明の流路規制部材を挿入した電極の冷媒流通方向の断面図の一例であり、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は流路規制部材と内側電極の冷媒流通方向と直角方向の断面図の一例である。
【００２３】
本発明に係るオゾン発生電極は、冷媒として冷却液を採用したオゾン発生電極であって、図１〜図８に示すように、筒壁部３ａ及び両端側をそれぞれ閉塞させる一対の端壁部９ａ，９ｂを有する円筒形状の内側電極３と、空間を介して対向するように内側電極３の外側に配置された円筒形状の外側電極１と、これらの電極のうち互いに対向した面の少なくとも一方に配置された誘電体とを備え、内側電極３が、その各端壁部９ａ，９ｂに冷媒の流入口及び流出口がそれぞれ設けられ、その流入口、流路４及び流出口を通じて循環する冷媒によって内側から冷却されることを可能とされ、内側電極３内の冷媒の流路をその筒壁内周部３ｂ側に規制する柱状の流路規制部材５を備えており、その空間内に酸素を含む原料ガス２０を供給し、内側電極３、外側電極１間に交流高電圧を印加して、空間中に放電を発生させて供給した酸素を含んだ原料ガス２０からオゾン化ガス２１を生成するものとして構成されている。このようなオゾン発生電極においては、流路規制部材５の側部及び筒壁内周部３ｂの少なくとも何れか一方が、内側電極３の筒壁内周部３ｂ側における冷媒の流れを保持する筒側突起状スペーサ７を有しており、流路規制部材５及び下流側端壁部９ａの少なくとも何れか一方が、流路規制部材５が下流側端壁部９ａの流出口における冷媒の流れを保持する形状に形成されており、流路規制部材５が、内側電極３の軸線方向に沿って内側電極３内に摺動可能に設けられている。
【００２４】
より具体的には、図１に示すように、本発明のオゾン発生電極は、互いに対向する外側電極１と内側電極３により放電空間６を形成しており、この内側電極３又は外側電極１の少なくとも一方に誘電体２を設け、かつ内側電極３の内部にまたは隣接して冷媒の流路４を設け、この冷媒の流路４の中に流路規制部材５を挿入したものである。図１の場合には誘電体２は外側電極1の放電空間側に配置している。また、冷媒の流路４は内側電極３の中に設けられている。オゾン化ガスを発生させる場合には、酸素を含む原料ガス２０を本発明のオゾン発生電極の片方から導入し、この外側電極１と内側電極３の間に交流高電圧を印加して放電によりオゾン化ガスを生成させる。
【００２５】
このオゾン化ガス生成時に用いる放電により熱が発生するが、この熱によりガスの温度が上昇するとオゾンが分解してしまい、オゾン化ガスの生成効率が低下するので、電極を冷却してできるだけガスの温度上昇を防止する必要がある。このために電極の少なくとも一方の内部にまたは隣接して冷媒の流路４を設けて冷媒を流通させて冷却する必要がある。図１の場合には、冷媒入り口１０から冷媒を導入し、これを冷媒の流路４の中を通して冷媒出口１１から排出する。このとき内側電極内の冷媒の流路４の中には流路規制部材５が挿入されているため、冷媒は流路規制部材５と内側電極の筒壁内周部との隙間を通り、電極の壁面を冷却する。流路規制部材５が挿入されることにより、冷媒の流路の断面積が小さくなり、冷媒がこの隙間を乱流状態で流通するため、電極の壁面との熱交換効率が向上し、電極壁面を効果的に冷却することができる。
【００２６】
図１では冷媒の流路４が内側電極３の内部に設けられた場合を示しているが、これに加え、冷媒の流路を外側電極１の外側に隣接して設けてもよい。また、誘電体２も、外側電極１の側に設けても、あるいは外側電極１と内側電極３の両方に形成してもよい。また、この内側電極３の形状は、同軸円筒形状だけでなく、同軸多角柱形状など、筒形状に形成されたものであればよい。
【００２７】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）には、オゾン発生電極が円筒形状の内側電極３とその中に挿入される流路規制部材５の断面図を示す。図２（ａ）は内側電極３が円筒形であり、流路規制部材５も円筒形の場合であり、この場合は冷媒の流路４が図に示すように環状となる。オゾン発生電極の形状は、円筒だけでなく、四角柱状や六角柱状などの断面が多角形のものでもよい。また流路規制部材５も、図２（ｂ）や図２（ｃ）のような断面多角形のものや星形その他の幾何学図形の形状のものでもよい。
【００２８】
内側電極３の冷媒の流路４の断面形状と流路規制部材５の断面形状とは互いに相似形であることが好ましい。この場合その相似比は、内側電極３の冷媒の流路４の断面形状を１とした場合に流路規制部材５の断面形状が１未満である。
【００２９】
外側電極１及び内側電極３を構成する材料はステンレス等オゾンに対して耐性のある材料であることが好ましい。また、冷媒の流路の中に挿入する流路規制部材５の材料は吸水性のない材料であれば特に制限されないが、金属、合成樹脂、セラミックス等が好ましい。特に、耐久性や重量などの点から合成樹脂製のものが好ましく、更には内部を空洞として両端を端壁部で塞いだ構造のものが好ましい。
【００３０】
図３は、オゾン発生電極に流路規制部材５を挿入し、流路規制部材５に側面に筒側突起状スペーサ７を取り付けた本発明のオゾン発生電極の冷媒流通方向の断面図の一例であり、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は同電極の冷媒流通方向と直角方向の断面図の一例である。
【００３１】
図３に示すように、本発明においては、内側電極３の両端壁部９ａ，９ｂが、冷媒の流入口１０及び流出口１１をそれぞれ有しており、流路規制部材５の側面部あるいは筒壁内周部３ｂの少なくとも何れか一方に内側電極３の筒壁内周部３ｂ側における冷媒の流れを保持する筒側突起状スペーサ７を有しており、流路規制部材５が、内側電極３の軸線方向に沿って内側電極３内に摺動可能に設けられている。
【００３２】
このように内側電極３の内側と流路規制部材５の側面部との間に筒側突起状スペーサ７を設けることによって、流路規制部材５の偏りが防止でき、内側電極３の中心部に内側電極３と流路規制部材５との隙間が均一になるように設置することができる。その結果、この隙間を流れる冷却用冷媒の量が電極面全体にわたって均一となり、電極を均一に冷却することができる。
【００３３】
筒側突起状スペーサ７は、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように流路規制部材５のほうに固定してもよいが、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように内側電極３のほうに固定してもよい。更に、筒側突起状スペーサ７は流路規制部材５の長さ方向と周囲に複数個を取り付けるのが好ましく、図６に示すように長さ方向には２箇所以上、また周方向には３箇所設けることが好ましい。あるいは、図７に示すように円筒状の流路規制部材５の周囲にスパイラル状にバネ状の突起物を巻きつける構造としたものでもよい。
【００３４】
筒側突起状スペーサ７の材料としては、吸水性のない材料であれば特に制限されないが、金属、合成樹脂、セラミックス、ガラス等が好ましい。
【００３５】
図８は、流路規制部材５を挿入し、筒側突起状スペーサ７を取り付け、これに更に冷媒の流れ方向と同方向に設けた出口側突起状スペーサ８ａを取り付けた本発明のオゾン発生電極の冷媒流通方向の断面図の一例である。このように流出口側にも出口側突起状スペーサ８ａを設けることを要求するのは、流路規制部材５が、冷媒の流れを受け下流側端壁部９ａに対して押し付けられた場合でも冷媒のスムースな流れを確保しうる位置に位置決めされるようにすることにより、製造の容易化を図ることが可能なオゾン発生電極とするためである。したがって、このような役割を果たすものであれば、本発明において、流路規制部材５に出口側突起状スペーサ８ａを設けたものの代わりに、下流側端壁部９ａに出口側突起状スペーサを設けたものその他の流路規制部材及び下流側端壁部の少なくとも何れか一方が、流路規制部材が下流側端壁部の流出口における冷媒の流れを保持する形状に形成されたものを用いても差し支えない。ここで、流路規制部材が下流側端壁部の流出口における冷媒の流れを保持する形状としては、例えば流路規制部材及び下流側端壁部の少なくとも何れか一方を部分的に窪ませることにより、流路規制部材が下流側端壁部に押し付けた状態の流路規制部材及び下流側端壁部の間に流出口に連通する流路が確保されるようにしたものが挙げられる。
【００３６】
なお、筒側突起状スペーサ７と出口側突起状スペーサ８ａは、その何れもが流路規制部材５に設けられていることが好ましい。このようにすることにより、内側電極３を加工する際により簡単に製作することが可能である。
【００３７】
また、上流側端壁部９ｂが下流側端壁部９ａに比して低い位置に設置されている場合においては、流路規制部材５及び上流側端壁部９ｂの少なくとも何れか一方に、冷媒流れ方向と同方向に設けた入口側突起状スペーサ８ｂを有していると、冷媒流入口１０の側における冷媒の流れをスムースに保持し、流通させることができるので好ましい。
【００３８】
出口側突起状スペーサ８ａ及び入口側突起状スペーサ８ｂの材料としては、同じく吸水性のない材料であれば特に制限されないが、金属、合成樹脂、セラミックス、ガラス等が好ましい。出口側突起状スペーサ８ａ及び入口側突起状スペーサ８ｂも、筒側突起状スペーサ７と同様に、流路規制部材５に固定してもよく、又は内側電極３の方に固定しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のオゾン発生電極を用いることにより効率よくオゾンを生成することができ、従来からオゾンの利用されている水処理設備などのさまざまな産業分野で、より有効に本発明を利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１．外側電極、２．誘電体、３．内側電極、３ａ．筒壁部、３ｂ．筒壁内周部、４．流路、５．流路規制部材、６．放電空間、７．筒側突起状スペーサ、８ａ．出口側突起状スペーサ、８ｂ．入口側突起状スペーサ、９ａ．下流側端壁部、９ｂ．上流側端壁部、２０．原料ガス、２１．オゾン化ガス。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒壁部及びその両端側をそれぞれ閉塞させる一対の端壁部を有する筒形状の内側電極と、空間を介して対向するように内側電極の外側に配置された外側電極と、前記外側電極及び前記内側電極の互いに対向する面の少なくとも何れか一方に設けられた誘電体とを備え、前記内側電極が、その各端壁部に冷媒の流入口及び流出口がそれぞれ設けられ、その流入口及び流出口を通じて循環する冷媒によって内側から冷却されることが可能とされたオゾン発生電極であって、
前記内側電極内に、冷媒の流路をその筒壁内周部側に規制する柱状の流路規制部材を有しており、
前記流路規制部材の側部及び前記筒壁内周部の少なくとも何れか一方が、前記内側電極の筒壁内周部側における冷媒の流れを保持する筒側突起状スペーサを有しており、
前記流路規制部材及び前記下流側端壁部の少なくとも何れか一方が、流路規制部材が下流側端壁部の前記流出口における冷媒の流れを保持する形状に形成されており、
前記流路規制部材が、前記内側電極の軸線方向に沿って該内側電極内に移動可能に設けられている、オゾン発生電極。
【請求項２】
前記流路規制部材及び前記下流側端壁部の少なくとも何れか一方が、前記流出口における冷媒の流れを保持する出口側突起状スペーサを有している、請求項１に記載のオゾン発生電極。
【請求項３】
前記筒側突起状スペーサ及び前記出口側突起状スペーサの何れもが、前記流路規制部材に設けられている、請求項２に記載のオゾン発生電極。
【請求項４】
前記流路規制部材が、その横断面形状が前記内側電極の内部空間の横断面形状に対し相似形状に形成されている、請求項１又は２に記載のオゾン発生電極。
【請求項５】
前記内側電極が、円筒状に形成されている、請求項１〜３の何れか１項に記載のオゾン発生電極。
【請求項６】
前記上流側端壁部が前記下流側端壁部に比して低い位置に設置されている場合において、前記流路規制部材及び前記上流側端壁部の少なくとも何れか一方が、前記流入口における冷媒の流れを保持する入口側突起状スペーサを有している、請求項１〜４の何れか１項に記載のオゾン発生電極。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載のオゾン発生電極を用いた、オゾン発生装置。

【図１】