JP2005162611A - オゾン発生装置用放電セル及びその放電セルを使用したオゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放電式オゾン発生装置を小型化する。
【解決手段】 冷却器を兼ねる上下一対の第１電極１０，１０の間に、両面側に放電空隙５０，５０が形成されるように誘電体ユニット３０を配置する。これを１モジュールとして厚み方向に積層することにより放電セルを形成する。各冷却器間で共用される冷媒供給用の集合管路１１，２１，１１・・及び冷媒排出用の集合管路１２，２２，１２・・を、放電セル内の誘電体ユニット３０より外側にモジュール積層方向へ一体的に形成する。各モジュール間で共用されるオゾンガス用の集合管路１３，２３，１３・・を、放電セル内の誘電体ユニット３０より外側にモジュール積層方向へ一体的に形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プレート型オゾン発生装置に使用される放電セル、及びその放電セルを使用したプレート型オゾン発生装置に関する。

プレート型オゾン発生装置に使用される放電セルの一つとして図９に示すものが知られている。

図９に示された放電セルは、ヒートシンクを兼ねる一対の低圧電極１，１と、一対の低圧電極１，１の間に配置される誘電体ユニット２と、誘電体ユニット２の両面側に放電空隙３を形成するためのスペーサ４，４・・とを備えている。誘電体ユニット２は、誘電体としての２枚のガラス板２ａ，２ａの間に高圧電極２ｂを介在させた多層構造である。スペーサ４，４・・は金属、セラミック、ガラス或いは樹脂等からなり、放電空隙３でのガス流通方向に直角な方向に所定の間隔で配列されている。

オゾンを発生させるときは、誘電体ユニット２の両面側に形成された放電空隙３，３に酸素ガス又は酸素ガスを含む混合ガスからなる原料ガスを前方から後方へ流通させながら、誘電体ユニット２内の高圧電極２ｂに所定の高電圧を印加する。高電圧の印加により放電空隙３，３では無声放電が発生し、原料ガス中の酸素ガスがオゾン化される。

ところで、このようなプレート型オゾン発生装置用放電セルでは、低圧電極１，１及び誘電体ユニット２を１モジュールとし、隣接するモジュール間で低圧電極１，１を共用する形で、そのモジュールを厚み方向に積層する積層構造が、しばしば採用される。また、低圧電極１，１及び高圧電極２ｂのうち、少なくとも低圧電極１，１は冷却器を兼ねるのが一般的である。通常、この冷却器は、内部を冷却水が板面に平行な方向に流通する冷媒流通型とされ、隣接する放電空隙の温度上昇を抑制することにより、オゾン濃度の低下等を抑制する。

しかしながら、従来のプレート型オゾン発生装置用放電セルでは、各冷却器への冷媒の供給・排出のために、各冷却器ごとに外部配管との配管ジョイント部材が取り付けられている。そして、この配管ジョイント部材の相互干渉のために、冷却器の厚みを十分に薄くできず、モジュール積層方向での寸法抑制が難しいという問題があった。

また、オゾン発生装置は、放電セル内の各冷却器への冷媒の供給・排出のために、通常は各１本の集合配管を通じて装置外との給水・排水を行う。給水用の集合配管を通じて装置内に導入された冷却水は、複数本の枝管を介して各冷却器へ供給され、各冷却器から排出された冷却水は複数本の枝管を介して排水用の集合配管へ集められ、装置外へ排出される。このため、オゾン発生装置内では、多数本の枝管が組み合わされた複雑な配管系がセル外に構成されることになり、このこともオゾン発生装置の小型化を阻害する大きな原因になっている。

本発明の目的は、冷却器への冷媒の供給・排出に起因し、モジュールを厚み方向に積層したモジュール積層型で特に大きな問題となる上述の小型化阻害要因を取り除くことにより、性能低下を伴うことなく装置サイズの大幅な縮小化を可能にするオゾン発生装置用放電セルを提供することにある。本発明の他の目的は、この放電セルを有効に活用した小型のオゾン発生装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のオゾン発生装置用放電セルは、対向配置された一対の電極間に、少なくとも一方の電極側に放電空隙が形成されるように誘電体を配置して構成された複数の板型モジュールを、板厚方向に積層することにより構成されたモジュール積層体を備えており、且つ複数の板型モジュールの各放電空隙に原料ガスを導入するために、原料ガスが供給されるタンク内に収容されるオゾン発生装置用放電セルにおいて、一対の電極の少なくとも一方を冷媒流通型の冷却器とし、各冷却器間で共用される冷媒供給用の集合管路及び冷媒排出用の集合管路を、前記モジュール積層体内の誘電体より外側に形成すると共に、各モジュールの放電空隙で発生するオゾンガスを装置外へ取り出すために、各モジュール間で共用されるオゾンガス用の集合管路を、前記モジュール積層体内の誘電体より外側に形成したものである。

本発明のオゾン発生装置用放電セルでは、各冷却器間で共用される冷媒供給用の集合管路及び冷媒排出用の集合管路がモジュール積層体内の誘電体より外側に形成されている。加えて、各モジュール間で共用されるオゾンガス用の集合管路も、前記モジュール積層体内の誘電体より外側に形成されている。

これらのため、各モジュールから冷媒用及びオゾンガス用の配管ジョイント部材が排除される。また、多数本の枝管を組み合わせた複雑な外部配管系統が装置内から排除される。これらにより、装置サイズがモジュール積層方向及びこれに直角な方向で大幅に縮小される。これに加え、モジュール積層体内の誘電体は、後述するように、ガラス板やセラミック板、結晶板などにより構成されるが、いずれの集合管路もモジュール積層体内の誘電体より外側に形成され、誘電体に形成されないことが重要である。

冷媒供給用の集合管路、冷媒排出用の集合管路及びオゾンガス用の集合管路は、モジュール積層方向に形成するのが、装置小型化の点から好ましい。各集合管路をモジュール積層方向に形成する場合の典型的なモジュール構成は以下のとおりである。

前記板型モジュールは、冷却器を兼ねる一対の第１電極と、一対の誘電体の間に第２電極を挟んで構成され、前記一対の第１電極との間に放電空隙が形成されるように一対の第１電極間に配置された誘電体ユニットとを備えており、冷媒供給用の集合管路、冷媒排出用の集合管路及びオゾンガス用の集合管路は、前記誘電体ユニットの外側に前記第１電極を貫通して形成される。板型モジュールは更に、一対の第１電極の間に挟まれたスペーサを備えており、前記誘電体ユニットは該スペーサの内側に位置して一対の第１電極の間に配置される。

冷媒供給用の集合管路、冷媒排出用の集合管路及びオゾンガス用の集合管路をモジュール積層方向に形成する場合、各集合管路は、モジュール積層方向の同じ端面側に開口させるのが、装置小型化の点から好ましい。

また、冷媒供給用の集合管路及び冷媒排出用の集合管路では管路構成用の積層部材間をシールし、オゾンガス用の集合管路では管路構成用の積層部材間をノンシールとするのが、部品点数低減の点から好ましい。オゾンガス用の集合流路では、管路内外の圧力差が僅かであるため、管路構成用の積層部材間をノンシールとしても、オゾンガスの漏れは実質的になく、そのノンシールにより部品点数が低減される。

ジョイント部材については、モジュール積層体を、積層方向の両端側に配置された端板で固定し、モジュール積層体の積層方向に形成された冷媒供給用の集合管路及び冷媒排出用の集合管路を外部配管と接続するための各配管ジョイント部材を、前記端板の板厚方向に貫通させて各集合管路に直結させるのが好ましい。これによると、冷媒が端板に接触する事態が回避され、端板において冷媒による腐食を考慮する必要がなくなるため、その材質の選択範囲が広がり、軽量化等が可能になる。

モジュールについては、対向配置された一対の第１電極と、一対の第１電極の間に配置された両側一対のスペーサと、両側のスペーサの間で一対の第１電極の間に配置され、一対の第１電極との間に一対の放電空隙を形成するべく、一対の誘電体の間に第２電極を挟んで構成された誘電体ユニットとを備える構成が好ましい。

これによると、モジュール積層体の両側部分では、第１電極とスペーサが交互に積層され、誘電体ユニットが排除される。第１電極及びスペーサは、誘電体と異なり金属により形成することができるので、モジュールの両側部分は金属の積層構造とすることができる。従って、その両側の金属の積層部分を利用することにより、集合管路が特に簡単に形成される。

また、本発明のオゾン発生装置は、本発明のオゾン発生装置用放電セルの複数を同一タンク内に収容し、各放電セルのモジュール積層体に形成された同種の集合流路同士を前記タンク内で集合配管により相互接続し、その接続配管の一部をタンク外へ引き出したものである。

本発明のオゾン発生装置では、同一タンク内に複数の放電セルが収容されるにもかかわらず、タンク内の配管系統が簡素化される。

誘電体としては低コスト、耐電圧特性、寸法精度、表面が研磨工程なしで鏡面となることなどからガラス板、特に液晶基板用のガラス板が好ましいが、アルミナ等のセラミック板、サファイア等の結晶板、アルミナ等の溶射によるセラミックコート板、ほうろう板などの使用も可能である。

本発明のオゾン発生装置用放電セルは、各冷却器間で共用される冷媒供給用の集合管路及び冷媒排出用の集合管路、並びに各モジュール間で共用されるオゾンガス用の集合管路をモジュール積層体内に形成したことにより、各モジュールから配管ジョイント部材を排除でき、また、多数本の枝管を組み合わせた複雑な外部配管系統を装置内から排除できるので、装置サイズをモジュール積層方向及びこれに直角な方向で大幅に縮小できる。更に、各集合管路をモジュール積層体内の誘電体より外側に形成するため、冷媒導入孔、冷媒導出孔及びオゾンガス導出孔を誘電体に形成する必要がない。

また、本発明のオゾン発生装置は、本発明のオゾン発生装置用放電セルの複数を同一タンク内に収容し、各放電セルのモジュール積層体に形成された同種の集合流路同士を前記タンク内で集合配管により相互接続し、その接続配管の一部をタンク外へ引き出したことにより、同一タンク内に複数の放電セルを収容するにもかかわらず、タンク内の配管系統を簡素化でき、これによる小型化も可能にする。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係るプレート型オゾン発生装置用放電セルの正面図、図２は同放電セルに使用されたセルモジュールの分解斜視図、図３は同セルモジュールに使用された第１電極の分解斜視図である。

本実施形態に係る放電セルは、図１に示すように、平板状の剛性体からなる複数の第１電極１０，１０・・を、両側一対の剛性体スペーサ２０，２０を挟んで板厚方向に重ね合わせることにより、セルモジュール積層体を構成している。セルモジュール積層体は、図示されない上下一対のエンドプレート間に、両側部を積層方向に貫通する複数本のボルトにより固定されている。この積層体では、上下のセルモジュール間で第１電極１０が共用される。

各セルモジュールは、図２に示すように、上下一対の第１電極１０，１０と、第１電極１０，１０間に挟まれた両側一対の剛性体スペーサ２０，２０と、剛性体スペーサ２０，２０の内側に位置して第１電極１０，１０間に配置された誘電体ユニット３０と、誘電体ユニット３０の両面側に放電空隙５０，５０を形成するために第１電極１０，１０との間に設けられた複数の弾性体スペーサ４０，４０・・とを備えている。

なお、図面はいずれも上下方向の寸法を誇張したものになっており、実際の厚さは例えば第１電極１０で３ｍｍ以下、剛性体スペーサ２０で３ｍｍ以下というように非常に薄く設計されている。

上下一対の第１電極１０，１０は、冷却器を兼ねる低圧電極である。各第１電極１０は、ステンレス鋼板等からなる２枚の導電板１５，１５を接合して板間に冷媒流通路を形成した薄板状の導電性剛体である。

第１電極１０の一方の側部には、冷媒としての冷却水を冷媒流通路に供給するための冷媒供給孔１１と、その冷却水を上記流通路から取り出すための冷媒排出孔１２とが、２枚の導電板１５，１５を板厚方向に貫通して設けられている。また、当該セルモジュールで発生したオゾンガスを取り出すために、第１電極１０には、両側一対のガス排出孔１３，１３と、ガス排出孔１３，１３を繋ぐスリット状のガス流通路１４とが、２枚の導電板１５，１５を板厚方向に貫通して設けられている。第１電極１０の両側部に設けられている複数の小さな丸孔は、ボルトの通し孔である。

第１電極１０を構成する２枚の導電板１５，１５の両方の対向面には、図３に示すように、ガス排出孔１３，１３及びガス流通路１４を包囲するようにＵ字状の浅く広い溝が形成されている。両方の対向面に形成されたこの溝は合体して、導電板１５，１５間に冷媒流通路１６を形成する。浅く広いこの溝は、例えばエッチング、プレス等により簡単に形成される。

冷媒流通路１６の一端部は冷媒供給孔１１に接続され、他端部は冷媒排出孔１２に接続されている。冷媒流通路１６には、流通方向に延びる複数のリブ１７，１７・・が、流通方向に直角な方向に所定の間隔で設けられている。リブ１７，１７・・は冷却水の均一な流れと、第１電極１０の剛性確保に寄与する。

両側一対の剛性体スペーサ２０，２０は、ステンレス鋼板等の導電性板材からなる板状の導電性剛体で、第１電極１０，１０間の両側部に介在することにより、この間に、スペーサ厚に等しいギャップ量Ｇ′の空間を形成する。また、第１電極１０，１０の電気的な接続部材として機能する。

一方の剛性体スペーサ２０には、第１電極１０の冷媒供給孔１１及び冷媒排出孔１２にそれぞれ連通する冷媒供給孔２１及び冷媒排出孔２２が、板厚方向に貫通して設けられている。両方の剛性体スペーサ２０，２０の各内側縁部には、第１電極１０のガス排出孔１３に連通する切り込み状のガス排出孔２３が、板厚方向に貫通して設けられている。またボルトの通し孔も第１電極１０と同様に設けられている。剛性体スペーサ２０におけるボルトの通し孔は、ボルトの外径より十分に大きい内径とされている。これにより両側の剛性体スペーサ２０，２０の間隔が調節される。

また、一方の剛性体スペーサ２０の両表面には、冷媒供給孔２１及び冷媒排出孔２２の両端側の開口縁部を切り欠くことにより環状凹部が形成されており、両端側の各環状凹部には、弾性材からなる環状のシール部材６０が嵌合されると共に、シール部材６０の内側に位置して、比較的剛性のある環状のバックアップ部材７０が嵌合されている。シール部材６０は、第１電極１０とこれに接触する剛性体スペーサ２０との間を、冷媒供給孔１１，１２及び冷媒排出孔１２，２２の外側でシールする。バックアップ部材７０はシール部材６０の内側への変形を阻止するためのものである。なお、このようなシール構造は、ガス排出孔２３に対しては適用されていない。

上下一対の第１電極１０，１０と両側一対の剛性体スペーサ２０，２０で囲まれた空間に配置される誘電体ユニット３０は、誘電体としての上下一対のガラス板３１，３１の間に第２電極３２を挟んだサンドイッチ構造の薄板状剛性体である。誘電体ユニット３０の厚みＴは、上記空間のギャップ量Ｇ′より僅かに小さく、より具体的には放電空隙５０，５０の各ギャップ量をＧとして、Ｇ′−２Ｇとされる。この厚みＴを調整するために、ガラス板３１，３１の間には導電性薄板がシムとして適当枚数挿入される。この厚み調整により、任意の放電ギャップ量Ｇが正確に得られる。放電ギャップ量Ｇの調整には、剛性体スペーサ２０に導電性薄板をシムとして適当枚数重ねるのも有効である。

第２電極３２は高圧電極で、ステンレス鋼板等の導電性薄板からなり、その一部は端子部３２′としてガラス板３１，３１の間から外部へ導出されている。第２電極３２の横幅はガラス板３１，３１の横幅より狭く、第２電極３２の両側には剛性体スペーサ２０，２０との間の絶縁のために絶縁体３３，３３が設けられている。

誘電体ユニット３０の両面側に放電空隙５０，５０を形成するために第１電極１０，１０との間に設けられる弾性体スペーサ４０，４０・・は、耐オゾン性及び弾力性を有する、断面が円形の細い樹脂線材であり、放電空隙５０の幅方向（ガス流通方向に直角な方向）に所定の間隔で配置されている。各弾性体スペーサ４０の厚み（線材の外径Ｄ）は、圧縮のない状態で放電空隙５０，５０の各ギャップ量Ｇより５〜５０％程度大きく設定されている。

この設定により、弾性体スペーサ４０，４０・・は第１電極１０と誘電体ユニット３０により上下から圧縮され、この圧縮により、誘電体ユニット３０は上下から均等な圧力で弾性的に押圧され、上記空間内の上下方向中央部に保持される。その結果、誘電体ユニット３０の両面側には、均等なギャップ量Ｇの放電空隙５０，５０が形成される。

なお、各放電空隙５０の両側部には、弾性体スペーサ及びシール部材を兼ねて弾性体からなるテープ状の絶縁部材４１，４１が設けられている。

次に、本実施形態に係る放電セルの組立方法、使用方法及び機能について説明する。

放電セルの組立では、図示されない上下のエンドプレート間に複数枚の第１電極１０，１０・・が、各間に剛性体スペーサ２０，２０、誘電体ユニット３０及び弾性体スペーサ４０，４０・・を挟んで重ね合わされ、両側部が図示されない複数本のボルトにより重合方向に締め付けられる。

これにより、各セルモジュールでは、誘電体ユニット３０の両面側に放電空隙５０，５０が形成される。ここで、上下の第１電極１０，１０、両側の剛性体スペーサ２０，２０及び誘電体ユニット３０は圧縮を生じない剛性体であり、一方、弾性体スペーサ４０，４０・・は圧縮を生じるので、各放電空隙５０のギャップ量Ｇは（Ｇ′−Ｔ）／２の一定値となる。従って、０．２ｍｍ以下というような微小のギャップ量Ｇも安定的に実現される。

また、締め付けは、剛性体スペーサ２０，２０が配置されている両側部に行われ、放電セル全体を均等に加圧する必要がないので、締め付け機構が簡略化される。更に、締め付けによる弾性体スペーサ４０，４０・・の破損も誘電体ユニット３０内のガラス板３１，３１の破損も生じない。

組立を終えた放電セルは、各セルモジュールの放電空隙５０，５０内に前後から原料ガスを導入するために、図示されないタンク内に収容される。

その放電セルでは、第１電極１０の冷媒供給孔１１と剛性体スペーサ２０の冷媒供給孔２１が合体することにより、積層方向に連続する縦向きの冷媒供給用集合管路が、誘電体ユニット３０，３０・・の積層部の側方、すなわち外側に位置して形成される。また、第１電極１０の冷媒排出孔１２と剛性体スペーサ２０の冷媒排出孔２２が合体することにより、積層方向に連続する縦向きの冷媒排出用集合管路が、誘電体ユニット３０，３０・・の積層部の側方、すなわち外側に位置して形成される。更に、第１電極１０のガス排出孔１３，１３と剛性体２０，２０のガス排出孔２３，２３が合体することにより、積層方向に連続する両側一対の縦向きのオゾンガス排出用集合管路が、誘電体ユニット３０，３０・・の積層部の側方、すなわち外側に位置して形成される。

ここで、縦向きの冷媒供給用集合管路及び冷媒排出用集合管路は、これらを構成する第１電極１０と剛性体スペーサ２０との間が環状のシール部材６０でシールされた構造となる。

また、縦向きの冷媒供給用集合管路、冷媒排出用集合管路及びオゾンガス排出用集合管路路は、上段のエンドプレートに設けられた開口部及び各開口部に接続された管によりタンク外に連通している。一方、下段のエンドプレートは、これらの管路を閉じる蓋板として機能する。

オゾンを発生させるときは、放電セルを収容するタンク内に原料ガスを供給する。また、冷媒供給用集合管路に冷却水を供給する。この状態で、各セルモジュールの誘電体ユニット３０に設けられた第２電極３２に高電圧を印加し、放電空隙５０，５０で無声放電を発生させる。

タンク内に供給された原料ガスは、各セルモジュール内の上下の放電空隙５０，５０に前後から流入し、前後方向の中央部に向かって流れる過程で放電に晒されてオゾンガスとなる。放電空隙５０，５０で発生したオゾンガスは、上下の第１電極１０，１０に設けられたガス流通路１４，１４を通って両側のガス排出孔１３，１３に至り、放電セルの両側部に形成された両側一対の縦向きのオゾンガス排出用集合管路を通って放電セルの上方に取り出され、更にタンク外に取り出される。

ここで、オゾンガス排出用集合管路では、これを構成する第１電極１０と剛性体スペーサ２０との間がシールされていない。しかし、タンク内と放電空隙５０，５０内との圧力差は、放電空隙５０，５０内での圧力損失に相当する分しか発生せず、非常に僅かである。このため、ノンシールであっても、問題となるガス漏れは発生せず、そのノンシール構造により部品点数が低減する。

縦向きの冷媒供給用集合管路に供給された冷却水は、各セルモジュールの上下の第１電極１０，１０に設けられた冷媒供給孔１１，１１から冷媒流通路１６に入り、放電空隙５０，５０を低圧電極側から水冷する。第１電極１０，１０の冷媒排出孔１２，１２から出た冷却水は、放電セルの一方の側部に形成された縦向きの冷媒排出用集合管路を通って放電セルの上方に取り出され、更にタンク外に取り出される。

冷媒供給用集合管路及び冷媒排出用集合管路では、その構成部材間がシール部材６０によりシールされているので、水漏れの危険はない。また、そのシール部材６０がバックアップ部材７０により内側から支持されているので、タンク内に水圧より高い高圧の原料ガスを供給する場合にも、冷媒供給用集合管路のシール性が確保される。

また、放電空隙５０でのガス流れについては、従来、このガス流れは、放電空隙５０の前方から後方に向かう一方通行であった。この場合、オゾンガスを取り出すためには、放電セルの積層方向に直角な後面にヘッダを取り付ける必要がある。しかし、放電セルの積層方向に直角な後面は、積層された各部材の端面が現れるため平坦ではない。このため、ヘッダと端面間のシールが難しくなる。

これに対し、本実施形態に係る放電セルでは、第１電極１０の放電空隙５０に接する部分に、放電空隙５０でのガス流通方向中央部に位置してガス流通路１４が設けられ、第１電極１０の剛性体スペーサ２０，２０に接する部分に、ガス流通路１４に繋がるガス排出孔１３，１３が設けられいる。また、剛性体スペーサ２０，２０には、ガス排出孔１３，１３に対応してガス排出孔２３，２３が設けられている。

その結果、原料ガスは放電空隙５０の前方及び後方の両方から流入する。両方の流入ガスは放電空隙５０でオゾン化され、放電空隙５０の中央部で第１電極１０のガス流通路１４に入り、両側のガス導出孔１３，１３から積層方向に流れて放電セルの外に取り出される。このため、オゾンガスの取り出しは、第１電極１０の表面、或いはエンドプレートの表面から２本の管により行われる。これらの表面は放電セルの後面と異なり平坦で、シールが容易であり、ヘッダも不要になる。また、冷却水の供給・排出方向とオゾンガスの取り出し方向が同じになるため、配管構造が簡単になり、装置の小型化が図られる。

図４は本発明の実施形態に係るオゾン発生装置の正面図、図５は同オゾン発生装置の平面図、図６は同オゾン発生装置の側面図、図７（ａ）は図５のＡ−Ａ線矢示図で、上側の端板部分を示し、図７（ｂ）は図５のＢ−Ｂ線矢示図で、同じく上側の端板部分を示す。また、図８は図５のＡ−Ａ線矢示図で、下側の端板部分を示す。

本実施形態に係るオゾン発生装置は、図４〜図６に示すように、円筒状の横型タンク１００と、タンク１００内の軸方向に横に並べて収容された２つの放電セル２００，２００とを備えている。２つの放電セル２００，２００は、タンク１００内の架台１１０上に前後を逆に向けて固定されている。タンク１００の両側の開口部は、図示されない蓋体により気密に閉止されている。

各放電セル２００は、図１〜図３に示した放電セルであり、前述した通り、モジュール積層体２１０を上下の端板２２０，２３０間に複数本のボルトにより固定した構造になっている。端板２２０，２３０はアルミ合金からなる。

上側の端板２２０は、図７に示すように、最上段の第１電極１０の上にステンレス鋼板等からなるシール板２４０を介して重ねられている。シール板２４０は、第１電極１０のガス流通路１４を上方から塞ぐためのものであり、ガス流通路１４以外の開口部、即ち冷媒供給孔１１、冷媒排出孔１２及びガス排出孔１３，１３については、これらに対応する開口部２４１，２４２が設けられている。

端板２２０の一方の側部には、板厚方向に貫通する２つの円形の貫通孔２２１，２２１が、第１電極１０の冷媒供給孔１１及び冷媒排出孔１２に各対応して設けられている。貫通孔２２１，２２１には、Ｌ型の配管ジョイント部材２５０，２５０の垂直な取り付け部が貫通している。各配管ジョイント部材２５０は、取り付け部の下端部にフランジ部２５１を有している。フランジ部２５１は、貫通孔２２１の周囲で端板２２０の下面を切り欠くことにより形成された環状の凹部２２２に嵌合しており、このフランジ部２５１と共に凹部２２２に嵌合する環状のシール部材２６０により、シール板２４０との間が貫通孔２２１の周囲でシールされている。

これにより、配管ジョイント部材２５０，２５０は、モジュール積層体２１０の一側部に縦向きに形成された冷媒供給用集合管路及び冷媒排出用集合管路にそれぞれ直結されることになる。また、各配管ジョイント部材２５０は、取り付け部の軸回りに回転自在となり、水平な口部の向きを自在に変えることが可能となる。

端板２２０の下面には、ガス集合用の比較的大きな溝２２３が、第１電極１０の両側のガス排出孔１３，１３から中央部にかけて設けられている。端板２２０の中央部には、板厚方向に貫通する円形の貫通孔が、溝２２３と連通するように設けられており、この貫通孔には、配管ジョイント部材２７０の取り付け部がねじ込みにより気密に取り付けられている。

下側の端板２３０は、図８に示すように、最下段の第１電極１０の下に直接重ねられている。端板２３０の一方の側部には、２つの円形の凹部２３１，２３１が、第１電極１０の冷媒供給孔１１及び冷媒排出孔１２に各対応して設けられている。各凹部２３１には、ステンレス鋼板等からなる蓋板２７０と環状のシール部材２６０とが収容されており、これらにより、モジュール積層体２１０の一側部に縦向きに形成された冷媒供給用集合管路及び冷媒排出用集合管路が、下側の端板２３０と干渉することなく下端で閉塞されている。

配管ジョイント部材２５０，２５０の各口部は、集合配管３００，３００により、当該放電セル２００の側方に配置された別の放電セル２００の対応する配管ジョイント部材２５０，２５０に接続されている。各集合配管３００は、放電セル２００の外側の側面に沿って設けられた縦管部３１０と、架台１１０の下方に水平に設けられた横管部３２０とを有しており、横管部３２０の長手方向一部からは、一方の集合配管３００については冷媒供給管３３０が、また他方の集合配管３００については冷媒排出管３４０がそれぞれ下方へ分岐してタンク１００の外へ突出している。

同様に、配管ジョイント部材２７０は、集合配管４００により、当該放電セル２００の側方に配置された別の放電セル２００の対応する配管ジョイント部材２７０に接続されている。各集合配管４００は、放電セル２００の外側の側面に沿って設けられた縦管部と、架台１１０の下方に水平に設けられた横管部とを有しており、横管部の長手方向一部からはガス排出管４１０が下方へ分岐してタンク１００の外へ突出している。

次に、放電セル２００，２００の給電系統について説明する。

この給電系統は、タンク１００の中央部に取り付けられた外部端子部５００と、タンク１００の中央部で内面に沿って配設された弧状の第１リード部５１０と、第１リード部５１０の終端から一方の放電セル２００の側へ向けて配設された横向きの第２リード部５２０と、第２リード部５２０から一方の放電セル２００の前面側を下方へ向けて配設された縦向きの第３リード部５３０と、外部端子部５００と第１リード部５１０の接続点から他方の放電セル２００の側へ向けて配設された横向きの第４リード部５４０と、第４リード部５４０から他方の放電セル２００の前面側を下方へ向けて配設された、第３リード部５３０に相当する縦向きリード部とを備えている。

第１リード部５１０、第２リード部５２０及び第４リード部５４０は、絶縁体５６０を介してタンク１００の内面に固定されている。第３リード５３０は、対応する放電セル２００の前面中央部に上下一対の絶縁体５７０，５７０により取り付けられている。

そして、各放電セル２００では、積層方向に連続する所定数のモジュール単位ごとに左右交互の位置で、誘電体ユニット３０内の第２電極３２に設けられた端子部３２′が重合されており、各重合部が、放電セル２００の前面側に取り付けられた縦向きの第３リード部５３０に、左右から交互に管ヒューズ５８０を介して接続されている。

本実施形態に係るオゾン発生装置では、外部端子５００に所定の高電圧を印加る。また、一方の集合配管３００内に冷媒供給管３３０から冷却水を供給する。この状態で、タンク１００に設けられたガス供給管１２０からタンク内に原料ガスを供給する。

外部端子５００に所定の高電圧を印加することにより、各放電セル２００では、各モジュール内の第２電極３２に所定の高電圧が印加され、放電空隙５０，５０で放電が発生する。この状態で、タンク１００内に原料ガスが供給されることにより、各モジュール内の放電空隙５０，５０で原料ガスがオゾン化される。そのオゾンガスは、各放電セル２００の両側部に縦向きに形成されたオゾンガス排出用の集合管路を通って上昇し、上側の端板２２０の溝２２３、ジョイント部材２７０及び集合配管４００を通ってガス排出管４１０からタンク１００の外へ排出される。

冷媒供給管３３０から一方の集合配管３００内に供給された冷却水は、一方の配管ジョイント部材２５０から、各放電セル２００の一側部に縦向きに形成された冷媒供給用の集合管路に上方から流入し、各モジュール内の第１電極１０，１０に供給される。各モジュール内の第１電極１０，１０から排出された冷却水は、各放電セル２００の一側部に縦向きに形成された冷媒排出用の集合管路に流入し、他方の配管ジョイント部材２５０から他方の集合配管３００を経て冷媒排出管３４０からタンク１００の外へ排出される。

オゾンガスは、アルミ合金に対しては酸化膜を形成するので、アルミ合金からなる端板２２０を腐食しない。これに対し、冷却水はアルミ合金を急速に腐食させる。しかし、各放電セル２００の一側部に縦向きに形成された冷媒供給用集合管路及び冷媒排出用集合管路は、アルミ合金からなる端板２２０，２３０を介さずに配管ジョイント部材２５０，２５０に直結されている。このため、端板２２０，２３０が軽量なアルミ合金からなるにもかかわらず、その冷却水による腐食が防止される。

冷却水の供給・排出系統については、冷媒供給用集合管路及び冷媒排出用集合管路が各放電セル２００のモジュール積層体２１０内に形成されているので、各モジュールから配管ジョイント部材が排除され、冷却器である第１電極１０，１０の厚みが低減される。その結果、放電セル２００の全高、ひいてはタンク１００の高さが、性能低下を伴うことなく低減される。

また、タンク１００内から多数本の枝管を組み合わせた複雑な外部配管系統が排除される上に、各放電セル２００のモジュール積層体２１０に形成された同種の集合管路同士がタンク１００内で集合配管３００により相互接続されているので、２個の放電セル２００，２００が組み合わされているにもかかわらず、タンク１００内の冷媒用外部配管としては２本の集合配管３００，３００のみであり、オゾンガス排出用の集合配管４００と合わせても３本である。

これによっても、タンク１００が小型化される。

本発明の実施形態に係るプレート型オゾン発生装置用放電セルの正面図である。 同放電セルに使用されたセルモジュールの分解斜視図である。 同セルモジュールに使用された第１電極の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るオゾン発生装置の正面図である。 同オゾン発生装置の平面図である。 同オゾン発生装置の側面図である。 （ａ）は図５のＡ−Ａ線矢示図で上側の端板部分を示し、（ｂ）は図５のＢ−Ｂ線矢示図で上側の端板部分を示す。 図５のＡ−Ａ線矢示図で下側の端板部分を示す。 従来のプレート型オゾン発生装置用放電セルの模式構成図である。

符号の説明

１０ 第１電極（低圧電極）
１１ 冷媒導入孔
１２ 冷媒導出孔
１３ ガス導出孔
１４ ガス導出路
１５ 導電板
１６ 冷媒流通路
１７ リブ
２０ 剛性体スペーサ
２１ 冷媒導入孔
２２ 冷媒導出孔
３０ 誘電体ユニット
３１ ガラス板（誘電体）
３２ 第２電極（高圧電極）
４０ 弾性体スペーサ
５０ 放電空隙
６０ シール部材
７０ バックアップ部材
１００ タンク
２００ 放電セル
２１０ モジュール積層体
２２０，２３０ 端板
２５０，２７０ 配管ジョイント部材
３００ 集合配管
３３０ 冷媒供給管
３４０ 冷媒排出管
４００ 集合配管
４１０ ガス排出管
５００ 外部端子
５１０，５２０，５３０，５４０ リード部材
５８０ 管ヒューズ

Claims (8)

1. 対向配置された一対の電極間に、少なくとも一方の電極側に放電空隙が形成されるように誘電体を配置して構成された複数の板型モジュールを、板厚方向に積層することにより構成されたモジュール積層体を備えており、且つ複数の板型モジュールの各放電空隙に原料ガスを導入するために、原料ガスが供給されるタンク内に収容されるオゾン発生装置用放電セルにおいて、一対の電極の少なくとも一方を冷媒流通型の冷却器とし、各冷却器間で共用される冷媒供給用の集合管路及び冷媒排出用の集合管路を、前記モジュール積層体内の誘電体より外側に形成すると共に、各モジュールの放電空隙で発生するオゾンガスを装置外へ取り出すために、各モジュール間で共用されるオゾンガス用の集合管路を、前記モジュール積層体内の誘電体より外側に形成したことを特徴とするオゾン発生装置用放電セル。
2. 冷媒供給用の集合管路、冷媒排出用の集合管路及びオゾンガス用の集合管路は、モジュール積層方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置用放電セル。
3. 冷媒供給用の集合管路、冷媒排出用の集合管路及びオゾンガス用の集合管路は、モジュール積層方向の同じ端面側に開口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用放電セル。
4. 冷媒供給用の集合管路及び冷媒排出用の集合管路では積層部材間をシールし、オゾンガス用の集合管路では積層部材間をノンシールとしたことを特徴とする請求項２又は３に記載のオゾン発生装置用放電セル。
5. モジュール積層体を、積層方向の両端側に配置された端板で固定し、モジュール積層体の積層方向に形成された冷媒供給用の集合管路及び冷媒排出用の集合管路を外部配管と接続するための各ジョイント部材を、前記端板の板厚方向に貫通させて各集合管路に直結させたことを特徴とする請求項２、３又は４に記載のオゾン発生装置用放電セル。
6. 前記板型モジュールは、冷却器を兼ねる一対の第１電極と、一対の誘電体の間に第２電極を挟んで構成され、前記一対の第１電極との間に放電空隙が形成されるように一対の第１電極間に配置された誘電体ユニットとを備えており、冷媒供給用の集合管路、冷媒排出用の集合管路及びオゾンガス用の集合管路は、前記誘電体ユニットの外側に前記第１電極を貫通して形成されている請求項２に記載のオゾン発生装置用放電セル。
7. 一対の第１電極の間にスペーサが設けられており、前記誘電体ユニットは該スペーサの内側に位置して一対の第１電極の間に配置されている請求項６に記載のオゾン発生装置用放電セル。
8. 請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載のオゾン発生装置用放電セルの複数を同一タンク内に収容し、各放電セルのモジュール積層体に形成された同種の集合管路同士を前記タンク内で集合配管により相互接続し、その接続配管の一部をタンク外へ引き出したことを特徴とするオゾン発生装置。

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