CN106922143A - 臭氧产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提高臭氧产生装置中的电极的可靠性，且缩短维护后的装置启动时间。臭氧产生装置的特征是，包括：电介质放电管，该电介质放电管具有相互面对的封闭端和开放端，并在内表面形成有电极；密闭用盖，该密闭用盖覆盖电介质放电管的开放端，并通过粘接剂而与电介质放电管固定；供电电刷，该供电电刷与形成于电介质放电管的内表面的电极内接；以及接地电极，该接地电极与电介质放电管配置成同心圆状，密闭用盖具有相互连接的主体部和圆筒部，圆筒部的内径比电介质放电管的外径大。

Description

臭氧产生装置
技术领域
本发明涉及一种臭氧产生装置，尤其涉及一种工业生成用于水处理设备等的臭氧化气体的臭氧产生装置。
背景技术
臭氧化气体包含规定浓度的臭氧。臭氧化气体具有脱臭、杀菌作用，被使用于水处理设备等。作为工业生成臭氧化气体的方法，一般采用使原料气体在形成于接地电极与电介质放电管(日文：誘電体放電管)之间的微小空间中流通，并对上述微小空间施加高频电场以产生无声放电的方法(例如，专利文献1～7)。臭氧利用无声放电的放电能量，由氧或包含氧的原料气体在微小空间中生成。接地电极由不锈钢等金属管等构成。电介质放电管由在内部具有高压电极的玻璃筒等构成。高压电极是通过向电介质放电管的内表面喷镀铝等金属等方式形成的薄膜。一般来说，由于臭氧产生装置在增大气体压力以使其工作的情况下效率较高，因此，接地电极和电介质放电管等收纳于高压罐内。
例如，在专利文献1的臭氧产生装置中，高电压电极是使用导电性涂料的涂布等方法制成的导电性的薄膜。电介质放电管的左端被密闭，臭氧化气体流出侧的右端为开口结构。将盖嵌合在臭氧化气体流出侧的电介质放电管的开口端。防止臭氧化气体朝电介质放电管的内侧扩散，以抑制高电压电极因臭氧而受到腐蚀。在专利文献2的臭氧产生装置中，电介质放电管与盖之间的间隙通过粘接剂等填充剂进行密闭、或是通过无机粘接剂进行密闭。专利文献3的低温等离子体发生器在筒状的陶瓷电介质(直径1～5mm)的内部插入有棒状导电体(直径0.6～4.5mm)。陶瓷电介质与棒状导电体通过用玻璃将两端熔接或是用粘接剂将两端接合的方式密封。
专利文献4的臭氧产生装置构中，采用的是电介质放电管的原料气体流入一侧开口，相反一侧的臭氧化气体流出的一侧的一端密闭的结构。在原料气体流入一侧的电介质放电管的开口端设置气体流通栓，并在气体流通栓上开设有小孔。在臭氧产生装置紧急停止的情况下，原料气体的流动停止，在放电场(日文：放電場)生成的臭氧朝电介质放电管的原料气体流入侧扩散。由于在气体流通栓上仅开设有小孔，因此，臭氧不会侵入电介质放电管中。此外，由于在气体流通栓上开设有小孔，因此，平时压力不会作用于电介质放电管，因而电介质放电管的可靠性高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平11－35303号公报
专利文献2：日本专利特开2014－101260号公报
专利文献3：日本专利特开平8－185955号公报
专利文献4：日本专利特开2008－222495号公报
专利文献5：日本专利特开2013－49582号公报
专利文献6：日本专利特开2007－145630号公报
专利文献7：日本专利特开平7－330308号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1的串联电极的结构中，将盖嵌合于电介质放电管。通常，由于电介质放电管由玻璃管构成，内径、外径存在尺寸公差，因此，在电介质放电管与盖之间必定会产生0.1mm左右的间隙。其结果是，由于臭氧气体经过电介质放电管与盖的间隙而扩散并侵入到电介质放电管的内侧，因此，从长期看，作为高电压电极的薄膜会被腐蚀。
在专利文献2中记载了通过粘接剂将电介质放电管与盖之间密封的构思，但并没有公开具体的结构。若将电介质放电管与盖之间粘接，则很多情况下在电介质放电管上会产生裂纹。在专利文献3所公开的结构中，电介质由陶瓷构成，而在工业用所使用的大型臭氧产生装置中，通常使用玻璃管作为电介质。若通过粘接剂将玻璃管的端部与中心导体接合，则在玻璃管上会产生裂纹。
在专利文献4的臭氧产生装置的结构中，由于在气体流通栓上开设有小孔，因此，为了在使臭氧产生装置长时间运转之后进行维护而对装置进行打开检查时，水分等会混入到电介质放电管的内部。暂时从小孔混入的水分会存留在电介质放电管的内部。由于再次开始运转之后水分会从小孔逐渐朝电介质放电管外流出，因此，原料气体的露点高，需要较长时间才能使臭氧产生性能达到初始性能。
本发明为了解决上述技术问题而作，其目的在于提高臭氧产生装置中的电极的可靠性，且缩短维护后的装置启动时间。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的臭氧产生装置的特征是，包括：电介质放电管，该电介质放电管具有相互面对的封闭端和开放端，并在内表面形成有电极；密闭用盖，该密闭用盖覆盖电介质放电管的开放端，且通过粘接剂而与电介质放电管固定；供电电刷，该供电电刷与形成于电介质放电管的内表面的电极内接；以及接地电极，该接地电极与电介质放电管配置成同心圆状，密闭用盖具有相互连接的主体部和圆筒部，圆筒部的内径比电介质放电管的外径大。
发明效果
根据本发明的臭氧产生装置，能防止在制作时和使用时在电介质放电管上产生裂痕(日文：ヒビ)或裂纹(日文：割れ)。由于在维护时水分不会侵入电介质放电管的内部，因此，起到能缩短维护后的启动时间这样的技术效果。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的臭氧产生装置的剖视图。
图2是表示臭氧产生装置的结构体的截面结构图。
图3是表示密闭用盖与电介质放电管的关系的截面结构图。
图4是表示本发明实施方式1的电介质放电管的截面结构图。
图5是表示本发明实施方式2的电介质放电管的截面结构图。
图6是表示本发明实施方式3的电介质放电管的截面结构图。
图7是表示本发明实施方式4的电介质放电管的截面结构图。
图8是表示本发明实施方式5的电介质放电管的截面结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明实施方式的臭氧产生装置进行说明。另外，在各图中，对于相同或同样的构成部分标注相同的符号，对应的各构成部的尺寸或缩放比例(日文：縮尺)各自独立。例如，在对结构的一部分进行改变后的剖视图之间，对没有改变的相同结构部分进行图示时，也存在相同结构部分的尺寸或缩放比例不同的情况。此外，臭氧产生装置的结构实际上还包括多个构件，但为了简单说明，仅对说明所必需的部分进行记载，对于其它部分则进行省略。
实施方式1
以下，通过附图对本发明实施方式1进行说明。图1是对本发明实施方式的臭氧产生装置100的结构进行说明的图。作为高压容器的高压罐50具有将圆筒横向放置这样的外形。在高压罐50的左上部设有高电压线导入口53，以将来自高电压电源7的高电压配线8导入罐内。对于高电压导入口53，采用将接地的高压罐50与高电压配线8之间充分地绝缘，且使气体不泄露这样的措施。在高压罐50的左下部设有原料气体入口51，在高压罐50的右下部设有臭氧化气体出口52。
从原料气体入口51进入的原料气体经过产生无声放电的放电空间，而成为包含通过放电生成的臭氧的臭氧化气体，并从臭氧化气体出口52排出。原料气体是以空气或氧为主要成分的气体。冷却水6从设于高压罐50的下侧的冷却水入口54被供给至结构体5的内部，且从冷却水出口55被排出。在结构体5上，电介质放电管3与接地电极2隔开必要的间隔配置有规定数量。
图2是对结构体5的结构进行说明的剖视图。结构体5具有圆形的截面，在轴向上设有多个水路5a和通孔5b。在通孔5b中插入有圆筒状的电介质放电管3。通孔5b成为接地电极2的内表面。电介质放电管3与圆筒状的接地电极2配置成同心圆状，并供气体经过接地电极2的内部。结构体5能密闭，在水路5a中填充有用于对接地电极2进行冷却的冷却水6。
图3是对电介质放电管的结构进行说明的图，其是在与气流平行的截面上的剖视图。高电压电极1是形成于电介质放电管3的内表面的电极。接地电极2由不锈钢等金属管构成。电介质放电管3和接地电极2均是圆筒状的形状，电介质放电管3与接地电极2配置成同心圆状。在电介质放电管3与接地电极2之间形成的空间成为放电空间4。为了将放电空间4的截面设为没有偏斜的圈状，在靠近电介质放电管3的两端的位置处设置间隔物4A。供电电刷13与形成于电介质放电管3的内表面的电极(高电压电极1)内接。
由玻璃等形成的一端密闭的圆筒状的电介质放电管3在其内表面具有高电压电极1。高电压电极1也具有圆筒状的形状。电介质放电管3将开放端配置于原料气体流入的一侧、即原料气体的上游侧。高电压电极1经由供电电刷13而与供电棒14连接。供电棒14与高电压配线8连接。高电压电极1由薄膜等构成，该薄膜包含从由铬、金、银、铜、锡、锌、镍、碳、铝组成的材料组中选择的至少一种材料。
电介质放电管3的开口端和外周被密闭用盖20覆盖。在密闭用盖20与电介质放电管3的间隙涂布粘接剂21A，将密闭用盖20和电介质放电管3粘接而密封。在密闭用盖20的中央部开设孔以供供电棒14穿过。在密闭用盖20的中央部的孔与供电棒14之间涂布粘接剂21B，从而将密闭用盖20和供电棒14密封粘接。电介质放电管3所用的玻璃管是由肖特公司(SCHOTT社)销售的DURAN(注册商标)。DURAN是硼硅酸盐玻璃中的一种，其是SiO2含有率为81％以上的化学耐久性优良的硬质玻璃。
电介质放电管3中使用了外径为10～30mm、厚度为0.8～1.6mm的一端封闭的DURAN管。粘接剂21A、21B中使用了耐臭氧性和耐酸性优良的玻璃粘接剂、或将环氧树脂和金属粉末混合而得的粘接剂。作为玻璃粘接剂，例如使用了奥德科公司(日文：オーデック社)的陶瓷粘结剂569(日文：セラマボンド569)或钟通公司(日文：鐘通社)的940LE。作为将环氧树脂和金属粉混合而得的粘接剂，例如使用达美塔尔公司(日文：ダーメタル社)的贝洛金属(日文：ベロメタル)、或得复康公司(日文：Devcon社)的devcon胶水(日文：デブコン)。
图4是对密闭用盖和电介质放电管的结构进行说明的图。密闭用盖20具有主体部20a和圆筒部20b，两者连接而一体化。在圆板状的主体部20a的中央形成有开口20c。电介质放电管3在一端具有封闭端3a，在另一端具有开放端3b，在内表面形成有电极(高电压电极1)。封闭端3a和开放端3b相互面对。为了将密闭用盖20设为能在电介质放电管3的外周部形成狭窄的间隙的形状，将密闭用盖20的圆筒部20b的内径(ID)设为比电介质放电管3的外径(OD)大。例如，将密闭用盖20的圆筒部20b的内径与电介质放电管3的外径之差设为0.3mm～2mm之间。为了提高密封性能，在电介质放电管3的开放端部还涂布粘接剂21A而进行密封粘接。
密封用盖20的材料采用SUS304、SUS304L、SUS316、SUS316L等奥氏体类不锈钢。若密闭用盖20使用铝，则由臭氧产生中的热膨胀引起的热应力变大，在电介质放电管3上发生裂痕。理想的是，密闭用盖20在电介质放电管3的外周粘接。若密闭用盖20以能在电介质放电管3的内径侧形成狭窄的间隙的方式构成并粘接，则在电介质放电管上会产生大的应力。作为密闭用盖20的材料，无论是在使用不锈钢的情况下，还是在使用铝的情况下，在涂布粘接剂21A并使其硬化的阶段，在电介质放电管上都会发生裂痕或裂纹。
接着对动作进行说明。从高电压电源7供给的高频高电压经由高电压配线8、供电棒14、供电电刷13施加于高电压电极1。在电介质放电管3与接地电极2之间的放电空间4中发生无声放电，将原料气体转化为臭氧气体。当臭氧产生装置100运转时，放电附着物附着于接地电极2的表面和电介质放电管3的外周面，在该放电附着物中吸附有N2O5等氮氧化物。当臭氧产生装置长时间运转时，放电附着物在接地电极2的表面和电介质放电管3的外周面堆积。当放电附着物大量附着时，气体在放电空间4中不易流动，并且臭氧产生效率降低，因此，定期进行维护。
由于在原料气体为空气的情况下放电附着物的量多，因此，例如每1～5年实施一次维护。由于在原料气体通过氧产生装置生成的情况下，放电生成物的量少，因此，例如每5～10年实施一次维护。在对臭氧产生装置进行维护的情况下，打开臭氧产生装置，将电介质放电管取出到外部，并清扫附着在电介质放电管的外周面的放电附着物。在放电附着物粘着的情况下，大多用水进行清洗。由于在本实施方式的臭氧产生装置100中，将密闭用盖20安装于电介质放电管3的开口部，因此，清洗水不会混入电介质放电管3的内部。
在盖与电介质放电管之间存在0.1mm左右的间隙的情况下，在维护时水分会混入电介质放电管的内部。在维护后即便使原料气体流通，水分也会从电介质放电管的内部逐渐排出，因此，原料气体的露点恢复到正常值需要一周左右的时间。当原料气体的露点高时，臭氧产生效率低，因此，一周左右的时间内性能不稳定。与此相对的是，若像本实施方式这样构成，则在维护后，大约半天时间臭氧产生效率就会达到规定性能，因此，能获得维护后的装置启动时间短这样的效果。
在原料气体为空气的情况下，维护周期短且在维护时进行装置的打开检查和电介质放电管的清扫，因此，本实施方式的效果明显。此外，在使用氧气产生装置的情况下，也能获得相同的效果。由于使用具有耐臭氧性的粘接剂作为粘接剂，因此，不会发生粘接剂的劣化，密闭用盖与电介质放电管的连接部的可靠性高。此外，由于在电介质放电管的外周部与密闭用盖的内周部的间隙处进行粘接，且使用不锈钢作为密闭用盖，因此，即使装置的温度发生变化，在电介质放电管的玻璃上也不会产生裂痕或裂纹。
在本实施方式中，密闭用盖20的材料采用了奥氏体类不锈钢，但利用其它的不锈钢材料也能获得相同的效果，这是自不待言的。此外，使用对于臭氧或酸的耐腐蚀性高的陶瓷来代替奥氏体类不锈钢，也能获得相同的效果。
实施方式2
在实施方式1中，高电压电极1与高电压电源7直接连接。如图5所示，在实施方式2中，高电压电极1通过供电电刷13、供电棒14A、熔断器15、供电棒14B、高电压配线8而连接到高电压电源7。在电介质放电管3中发生绝缘破坏等，从而发生在高电压电极1与接地电极2之间流通有过大的电流的状况的情况下，熔断器15立即切断过大的电流，将电介质放电管3从电路分离。
熔断器15被密闭用盖20密封在电介质放电管3的内部。构成熔断器的导体和绝缘体在臭氧产生装置100的维护时不会暴露于包含硝酸的清洗水，因此，不需要由具有耐酸性的材料构成。此外，由于安装有熔断器，因此，即使在某一个电介质放电管3绝缘破坏的情况下，短路电流也会被熔断器切断。仅通过插入到高压罐的其它多个电介质放电管就能产生臭氧，并能在不停止臭氧产生装置的情况下继续运转。
实施方式3
在实施方式1中，使供电电刷13与高电压电极1接触而进行供电。如图6所示，在实施方式3中，通过利用焊锡22来将供电电线14C与高电压电极1电接合而进行供电。由于焊锡会被臭氧或酸腐蚀，因此，通常无法在高压罐50的内部使用。然而，由于在本实施方式的臭氧产生装置中，通过密闭用盖20将电介质放电管的内部密封，因此，即使使用焊锡，也不会发生腐蚀。尤其，若焊锡22使用低温焊锡，则能将对高电压电极1与供电线14C进行电接合时的温度上升抑制得较低，因此，在进行电接合时电介质放电管3中使用的DURAN管不会因热而破裂。与实施方式1相比，能将供电线14C可靠地连接到电介质放电管3的内部的高电压电极1。
实施方式4
在实施方式3中，将供电线14C直接连接到电介质放电管的内部的高电压电极1。如图7所示，在实施方式4中，将熔断器15连接于供电线14C与供电线14D之间，并通过焊锡22将供电线14C和高电压电极1电接合。由于能将从熔断器15引出的端子线直接用作供电线14C、14D，因此，使用部件不会增加。即使在熔断器15没有端子线的情况下，由于能通过焊锡22将供电线14C、供电线14D和熔断器15电接合，因此，电连接性的可靠度提高。
实施方式5
在实施方式1中，在气流方向上仅使用一根电介质放电管3。如图8所示，在实施方式5中，使用所谓的串联配置的两个电介质放电管。将各个电介质放电管的密封侧以与接地电极2的长边方向的中央部对接的方式进行设置。将电介质放电管3A(第一电介质放电管)的开口部(开放端3b)配置于原料气体流入侧，将电介质放电管3B(第二电介质放电管)的开口部(开放端3b)配置于臭氧化气体出口侧。密闭用盖20A(第一密闭用盖)覆盖电介质放电管3A的开放端3b。密闭用盖20B(第二密闭用盖)覆盖电介质放电管3B的开放端3b。
电介质放电管3A和电介质放电管3B以使封闭端3a面对的方式进行配置。密闭用盖20A的圆筒部的内径比电介质放电管3A的外径大。密闭用盖20B的圆筒部的内径比电介质放电管3B的外径大。电介质放电管3A的开放端3b和通过密闭用盖20A和粘接剂21A、21B而被密封。电介质放电管3B的开放端3b通过密闭用盖20B和粘接剂21A、21B而被密封。
在臭氧化气体出口侧，在臭氧产生装置的运转时存在高浓度的臭氧气体。通过采用本结构，臭氧气体也不会侵入到电介质放电管3B的内部。因而，即使使用通用性高的材料作为高电压电极1、或者使电极的膜厚变薄，电介质放电管3A和电介质放电管3B也不会发生腐蚀劣化。作为使电极的膜厚变薄的示例，若利用包含从由铬、金、银、铜、锡、锌、镍、碳、铝组成的材料组中选择的至少一种材料的薄膜来构成高电压电极，则能提供可靠性高的装置。
另外，本发明在其发明的范围内能将实施方式自由组合，或是将各实施方式适当变形、省略。
符号说明
1高电压电极；2接地电极；3电介质放电管；3a封闭端；3b开放端；4放电空间；4A间隔物；5结构体；5a水路；5b通孔；6冷却水；7高电压电源；8高电压配线；13供电电刷；14供电棒；14C供电线；15熔断器；20密闭用盖；20a主体部；20b圆筒部；20c开口；21A粘接剂；21B粘接剂；22焊锡；50高压罐；51原料气体入口；52臭氧化气体出口；53高电压线导入口；54冷却水入口；55冷却水出口；100臭氧产生装置。

Claims (5)

1.一种臭氧产生装置，其特征在于，包括：
电介质放电管，该电介质放电管具有相互面对的封闭端和开放端，并在内表面形成有电极；
密闭用盖，该密闭用盖覆盖所述电介质放电管的开放端，且通过粘接剂而与所述电介质放电管固定；
供电电刷，该供电电刷与形成于所述电介质放电管的内表面的电极内接；以及
接地电极，该接地电极与所述电介质放电管配置成同心圆状，
所述密闭用盖具有相互连接的主体部和圆筒部，
所述圆筒部的内径比所述电介质放电管的外径大。
2.如权利要求1所述的臭氧产生装置，其特征在于，
在所述供电电刷与所述密闭用盖之间设有熔断器。
3.一种臭氧产生装置，其特征在于，包括：
电介质放电管，该电介质放电管具有相互面对的封闭端和开放端，并在内表面形成有电极；
密闭用盖，该密闭用盖覆盖所述电介质放电管的开放端，且通过粘接剂而与所述电介质放电管固定；
供电线，该供电线通过焊锡与形成于所述电介质放电管的内表面的电极连接；以及
接地电极，该接地电极与所述电介质放电管配置成同心圆状，
所述密闭用盖具有相互连接的主体部和圆筒部，
所述圆筒部的内径比所述电介质放电管的外径大。
4.如权利要求3所述的臭氧产生装置，其特征在于，
在所述供电线与所述密闭用盖之间设有熔断器。
5.一种臭氧产生装置，其特征在于，包括：
第一电介质放电管，该第一电介质放电管具有相互面对的封闭端和开放端，并在内表面形成有电极；
第一密闭用盖，该第一密闭用盖具有相互连接的主体部和圆筒部，并覆盖所述第一电介质放电管的开放端，且通过粘接剂而与所述第一电介质放电管固定；
第二电介质放电管，该第二电介质放电管具有相互面对的封闭端和开放端，并在内表面形成有电极；
第二密闭用盖，该第二密闭用盖具有相互连接的主体部和圆筒部，并覆盖所述第二电介质放电管的开放端，且通过粘接剂而与所述第二电介质放电管固定；以及
接地电极，该接地电极将所述第一电介质放电管和所述第二电介质放电管配置成同心圆状，
所述第一电介质放电管和所述第二电介质放电管以使封闭端面对的方式进行配置，
所述第一密闭用盖的圆筒部的内径比所述第一电介质放电管的外径大，
所述第二密闭用盖的圆筒部的内径比所述第二电介质放电管的外径大。
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