JP2008031002A - オゾン発生装置、オゾン発生装置モジュール、およびオゾン発生装置の積層組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾン発生装置において、オゾン発生効率が高く、大きさが小型で、熱放散と酸化防止性能が良好となるようにする。
【解決手段】冷却板３２と、それに対向して配置された高電圧板３４と、冷却板３２と高電圧板３４との間に配置された流路構成体３６とを有し、流路構成体３６が、内側の表面と、冷却板３２に当接された、外側の表面とを有する第１の板部材３６１と、その内側の表面に対向する内側の表面と高電圧板３４に当接された外側の表面とを有する第２の板部材３６２と、第１の板部材３６１を第２の板部材３６２に連結し、第１の板部材３６１と第２の板部材３６２との間に空間３６６を形成する複数の側板と、側板の１つに形成され、空気を空間３６６の内部に向けるために空間３６６に通じる開口３６４および空気を空間３６６から流し出すために空間３６６に通じる開口３６５とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、オゾン発生装置に関し、特に、容易に積み重ねることができて、そのため装置サイズを小型化できるオゾン発生装置に関する。

オゾン（Ｏ_３）は、清浄化すべき気体もしくは液体から汚染物質を除去するために広く用いられるガスの一種である。オゾンは、通常の温度および圧力の下では、それ自体が化学的に不安定な特性を有するため、他の汚染物質と化合して良性の化合物を形成する傾向がある。それゆえ、オゾンはクリーニングガスとしてよく用いられるようになっている。近年では、家庭用電気器具用途、例えば、洗濯機、冷蔵庫、空調機、種々の空気清浄機などに採用されてきた。
従来の方法では、オゾンを発生させるためにオゾン管が利用されている。図１は、従来のオゾン管１０の構造を示している。オゾン管１０は、内側管状電極１２を取り囲む外側管状電極１１から構成される。外側管状電極１１と内側管状電極１２はいずれもステンレス鋼で作られている。内側管状電極１２の外側の表面は、さらに、誘電体として用いられる中空のガラス管１３の内面に当接されている。そのため、空間１４が、外側管状電極１１とガラス管１３との間に形成され、空気で満たされた状態になっている。この２つの電極に高電圧を印加することによって、空間１４にコロナ放電が発生される。そして、その中のガスがイオン化されるに至り、さらには、オゾンが形成される結果となる。しかしながら、この従来のオゾン管は、以下に述べるような欠点を含んでいる。まず第一に、空気と外側管状電極１１とが直接的に接触し、高電圧下のコロナ放電のため多量の熱が発生することによって、電極が過剰に加熱されることになり、外側管状電極１１の内面の酸化を招く恐れがある。また、そのためにオゾン管の効率が低下する恐れがある。さらには、高周波電流が２つの電極に導通されることにより、ガラス管１３が破損する恐れもあり、そうなるとオゾン管１０が動作できなくなってしまう。
特許文献１は、オゾン管の改良された構造を開示している。図２は、オゾン管２０の断面図を示している。図２に示すように、空気を内外に導くための案内空間２１が、オゾン管２０の両端部のそれぞれに配置されている。案内孔２２は、一方の端部で放電空間２６の中に空気を導くとともに、他方の端部で放電空間２６から空気が流出するように方向づける設計とされている。オゾン管２０は、さらに、中心電極２５を囲む外側リング電極２３を備えている。上記の２つの電極に高電圧を印加することによって、コロナ放電が発生され、放電空間２６内で、空気がイオン化され、それによりオゾンが形成される。長期間にわたる高電圧下で電極が酸化されないようにするために、外側リング電極２３は抗酸化層２４によって覆われていることに留意されたい。
Taiwan Utility Model Pat. No. M270172

上記を考慮すると、上述のようなオゾン管は、以下の欠点を有する。
Ｉ． オゾン管は、長く延ばされた外観を呈しているので大きな体積を占め、また、オゾン管を通して軸方向に沿って流れる空気は制限される。もし、オゾンの体積流量を増大させなければならないとすると、この目的を達成する唯一の手段は、複数のオゾン管を管組立体として合体させることである。しかしながら、管組立体は、オゾン発生装置の総体的な大きさを増大させ、それゆえに製造コストを増大させることになる。
ＩＩ． オゾン管に印加される高電圧に伴って、多量の熱が生じる。この熱のために各構成要素の温度が上昇し、これらの構成要素に悪影響をもたらすことは明白である。最悪の場合、構成要素がまったく動作しなくなってしまうかもしれない。
したがって、オゾン発生効率が高く、装置サイズが小型であるという利点を備えたオゾン発生装置を開発することが必要である。加えるに、熱放散能力に優れ、酸化を防止できることも求められている。

本発明の目的は、小型で、しかもオゾン発生率が高いという利点を有するオゾン発生装置を提供することである。

本発明の他の目的は、優れた熱放散能力を有し、それによりコロナ放電によって発生した多量の熱を効率的に放散できるようにしたオゾン発生装置を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、長期の稼働期間で高電圧に曝されて、電極が酸化されるのを防ぎ、それにより装置の寿命を延ばすことができるオゾン発生装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明は、オゾンを発生するために内部に空気を導くように改造したオゾン発生装置を開示する。本発明のオゾン発生装置は、冷却板と、この冷却板に対向して配置された高電圧板と、冷却板と高電圧板との間に配置された流路構成体とを備える。この流路構成体は、内側の表面と、冷却板に当接された、外側の表面とを有する第１の板部材と、この第１の板部材の前記内側の表面に対向する内側の表面と、高電圧板に当接された外側の表面とを有する第２の板部材と、第１の板部材を第２の板部材に連結し、第１の板部材と第２の板部材との間に空間を形成する複数の側板と、これら側板の１つに形成されるとともに、空気を前記空間の内部に向けるために前記空間に通じる第１の開口と、前記側板の１つに形成されるとともに、空気を前記空間から流し出すために前記空間に通じる第２の開口とを備える。

本発明の好ましい実施形態の１つによれば、前記高電圧板は電源と変圧器とに電気的に接続され、前記冷却板は接地される。前記高電圧板と前記冷却板とはアルミニウムで作られた中空板とすることができる。この高電圧板と冷却板とは、それぞれ冷却剤を流入および流出させるための２つの開口を備えている。この高電圧板と冷却板とは、より良好な冷却効率を達成するために、さらに循環冷却システムと接続されるようにすることができる。前記流路構成体は、さらに、前記側板から延ばされ、前記空間を流路に区分するように配された複数の隔離部材を備える。これら隔離部材は、円柱または四角柱としてもよい。これら隔離部材の直径または厚さは前記第１の板部材と前記第２の板部材との間の離間距離に等しく、良好なコロナ放電効果を得るには、この離間距離を約０．５ｍｍとすることが好ましい。前記流路構成体を製作する材料としては、石英を用いることが好ましい。また、前記流路構成体の各部は、溶接密閉されることが好ましい。さらに、前記第２の板部材の前記外側の表面は、例えば金（Ａｕ）などの金属層により覆うことができる。これにより前記第２の板部材と前記高電圧板との間の電気伝導率を高めることができる。

本発明の好ましい実施形態のもう１つによれば、オゾン発生装置の構造は積み重ねられた形態とすることができる。本発明の第１の実施形態による複数のオゾン発生装置は、積み重ねることにより積層組立体を形成することができる。２つのオゾン発生装置は、共通の高電圧板を用いることによって、１つのオゾン発生装置モジュールに組み立てることができる。このモジュールは、２つの対向する流路構成体、２枚の冷却板、および１枚の高電圧板を備える。この２枚の冷却板は、前記２つの対向する流路構成体を間に挟み、それぞれの冷却板が、それぞれ前記流路構成体の１つの第１の板部材と当接している。前記高電圧板は、前記流路構成体の第２の板部材の間に挟まれている。なお、２つ以上のオゾン発生装置モジュールは、積み重ねられることで、さらに積層組立体を形成することができる。このオゾン発生装置の積層組立体において、１つのオゾン発生装置モジュールの冷却板の１つは、他のオゾン発生装置モジュールの冷却板の１つとなっている。それゆえ、上述したような積み重ね方法によれば、高いオゾン発生率、大きな体積流量を備え、装置を小型とすることができるという利点を有するオゾン発生装置の積層組立体が形成される。

本発明によるオゾン発生装置は、以下のような利点がある。
Ｉ． 本発明の構造は、積み重ねることが容易である。そのため、オゾン発生装置の全体の大きさが抑制されるとともに、オゾン発生率および体積流量が増大される。
ＩＩ． オゾンは石英で作られた流路構成体の第１の板部材と第２の板部材との間で発生されるので、電極の酸化および金属酸化により形成される汚染という欠陥は、もはや存在しないものとなる。この石英から成る流路構成体は、高電圧および高周波の下でも破損が起こらないものになる。したがって、オゾン発生装置の寿命が延ばされる。
ＩＩＩ． 高電圧板と冷却板との冷却構造の設計により、高電圧板、冷却板、および石英から成る流路構成体からの発熱を効率的に除去することができる。それにより、内部の温度が低減され、したがって、オゾン発生装置の構成要素が破損しないようにすることができる。

本発明の特徴は、本発明の図面および以下に詳述される好ましい実施形態の説明を参照することにより、当業者にとって明白なものとなる。

図３は、本発明の第１の好ましい実施形態によるオゾン発生装置の構造の断面を示す。図３に示すように、オゾン発生装置３０は、冷却板３２、高電圧板３４、および流路構成体３６から構成されている。冷却板３２は、高電圧板３４に対向して配置され、流路構成体３６は、２つの板部材３２、３４の間に配置されている。高電圧板３４は、さらに、電源３９および変圧器４０と電気的に接続されている。そして、冷却板３２は接地することができる。さらに、冷却板３２は、冷却剤で満たされた中空部と、この中空部に通じることで冷却剤を流入、流出させることができる開口３２２、３２４とを含む中空板とすることができる。同様に、高電圧板３４は、冷却剤で満たされた中空部と、この中空部に通じることで冷却剤を流入、流出させることができる開口３４２、３４４とを含む中空板とすることができる。冷却板３２および高電圧板３４は、アルミニウムからなる中空板であることが好ましく、さらに循環冷却システムと接続されるようにすることができる。これにより、電気伝導率と熱放散性の性能を良好にし、併せて製作コストを低減することができる。

図４は、上面から見たときの流路構成体３６の断面を示す。図３、４に示すように、流路構成体３６は、第１の板部材３６１、第２の板部材３６２、複数の側板３６３、および２つの開口３６４、３６５を含んでいる。第１の板部材３６１は、内側の表面と、冷却板３２の一方の面に当接した外側の表面とを有する。第２の板部材３６２もまた、第１の板部材３６１の内側の表面に対向する内側の表面と、高電圧板３４の一方の面に当接した外側の表面とを有する。複数の側板３６３は、第１の板部材３６１と第２の板部材３６２とを連結し、それらの間に空間３６６を形成するように構成されている。開口３６４、３６５は、少なくとも１つの側板３６３上に形成され、空間３６６に通じており、それぞれ空間３６６の入口および出口となっている。図４に示すように、流路構成体３６は、さらに、側板３６３から延ばされるとともに、空間３６６を一続きの流路３６８に区分するように間隔を置いて配置された複数の隔離部材３６７を備えることができる。それゆえ、開口３６４を経由して、流路構成体３６の内側の流路３６８に流入する空気が閉じ込められ、流路３６８に沿って流れ、それから、開口３６５を経由して流路構成体３６から出ていく。隔離部材３６７の断面形状は円柱や四角柱とすることができることに留意されたい。これらの円柱や四角柱は第１の板部材３６１および第２の板部材３６２の内側の表面にそれぞれ当接される。すなわち、隔離部材３６７の直径あるいは厚さは、第１の板部材３６１と第２の板部材３６２との離間距離に等しい。さらに、この離間距離は、約０．５ｍｍとすることが好ましく、それによりコロナ放電効果の性能を向上することができる。

流路構成体３６の第１の板部材３６１および第２の板部材３６２の外側の表面は、冷却板３２の内側の表面および高電圧板３４の内側の表面にそれぞれ当接している。さらに、流路構成体３６は、抗酸化特性を有する誘電体として用いることができるような材質で形成するべきである。本発明によれば、流路構成体３６を製作する材質として、石英を用いることが好ましく、流路構成体３６の各部は溶接密閉されていてもよい。さらに、第２の板部材３６２の外側の表面は、例えば、金（Ａｕ）などの金属層で覆われていてもよく、これにより、第２の板部材３６２と高電圧板３４との間の電気伝導率を向上することができる。

本発明によるオゾン発生装置の動作原理は以下のように説明される。冷却板３２と高電圧板３４は、オゾン発生装置３０の２つの電極として働く。電源３９によって電流が供給される間、約７０００Ｈｚから約１７０００Ｈｚまでの範囲の高周波電流が発生され、高周波変圧器４０に供給される。高周波変圧器４０は、この電流の電圧を約６０００ボルトから約３００００ボルトの範囲の電圧に昇圧し、高電圧板３４に印加する。冷却板３２は接地されているので、それによって高い電位差が、高電圧板３４と冷却板３２との間に存在する。期待される通り、このような高い電位差が原因となり、流路構成体３６の流路３６８を通して流れる気体中でコロナ放電が発生する。開口３６４から流入した、流路３６８内の気体あるいは空気はコロナ放電のためにイオン化され、そしてオゾンが発生される。中にオゾンを含む空気流は、それから開口３６５を通して流路構成体３６から流出する。その結果、オゾン発生装置３０はオゾンを発生する機能を果たす。

オゾン発生装置３０が運転されている間、冷却剤が、開口３２２、３４２を通してそれぞれ冷却板３２および高電圧板３４の中空部の中に供給される。以後、この冷却剤は、開口３２２、３４２を通してそれぞれ冷却板３２および高電圧板３４から流出し、そのために、高電圧のために発生する熱が除去され、したがってオゾン発生装置が冷却される。これに加えて、石英で製作された流路構成体３６は、金属の酸化による汚染の形成を効果的に防止することができ、したがってこのオゾン発生装置の寿命を延ばすことができる。また、この石英から成る流路構成体３６は、破損を回避することができるよう、高周波かつ高電圧の電流に耐えることができる。

本発明の第１の実施形態による複数のオゾン発生装置は、積み重ねることにより積層組立体５０を形成することができる。図５は、本発明によるもう一つの好ましい実施形態を示す。図５に示すように、この実施形態では、２つのオゾン発生装置が共通の高電圧板５４を用いることによってモュール５１に一体に結合できるようにしたものである。図示のように、それぞれのオゾン発生装置モジュール５１は、２枚の冷却板５６とともに、一対の対向する流路構成体５２、および１枚の高電圧板５４を備えている。各流路構成体５２の構造は、本発明の第１の実施形態で開示されたものと同様の構成と、第１の板部材５２１および第２の板部材５２２（図５では、電源および変圧器は図示を省略している。）を含んでいる。２枚の冷却板５６は、その間に２つの流路構成体５２を挟んでいる。各流路構成体５２の第１の板部材５２１は、それぞれ冷却板５６に当接している。各流路構成体５２の第２の板部材５２２は、それらの間に高電圧板５４をそれぞれ挟んでおり、それによりそれぞれ１つのオゾン発生装置モジュール５１を構成している。上述の構造よれば、一方のオゾン発生装置モジュール５１は、図５に示すように、冷却板５６を共通に用いることによって、他方のオゾン発生装置モジュール５１’と一体に結合されることが可能となり、積層組立体５０を形成することができる。このようにして、オゾン発生装置の上記の積層組立体は、高いオゾン発生率、大きな体積流量を備え、装置サイズを小型とすることができる。

本発明は、その精神及び本質を逸脱すること無しに他の具体的態様によっても実施することができる。したがって、上述の実施例は、説明的なものにすぎず、これに限定されると理解してはならない。特許請求の範囲及び特許請求の範囲の均等物の意味するところ及び範囲が整合するすべての変形は、この発明の技術的範囲に属するべきものである。

従来のオゾン管の構造を示す。 従来のオゾン管の他の１つの断面を示す。 本発明の第１の好ましい実施形態によるオゾン発生装置の構造の断面を示す。 上面から見たときの本発明の流路構成体の断面を示す。 本発明による他の好ましい実施形態を示す。

符号の説明

３０ オゾン発生装置
３２、５６ 冷却板
３４、５４ 高電圧板
３６、５２ 流路構成体
３９ 電源
４０ 変圧器
５０ 積層組立体
５１、５１’ オゾン発生装置モジュール
３２２ 開口（第５の開口）
３２４ 開口（第６の開口）
３４２ 開口（第３の開口）
３４４ 開口（第４の開口）
３６１、５２１ 第１の板部材
３６２、５２２ 第２の板部材
３６３ 側板
３６４ 開口（第１の開口）
３６５ 開口（第２の開口）
３６６ 空間
３６７ 隔離部材
３６８ 流路

Claims (21)

1. 冷却板と、
   該冷却板に対向して配置された高電圧板と、
   前記冷却板と前記高電圧板との間に配置された流路構成体であって、
   内側の表面と、前記冷却板に当接された、外側の表面とを有する第１の板部材と、
   該第１の板部材の前記内側の表面に対向する内側の表面と、前記高電圧板に当接された外側の表面とを有する第２の板部材と、
   前記第１の板部材を前記第２の板部材に連結し、前記第１の板部材と前記第２の板部材との間に空間を形成する複数の側板と、
   前記側板の１つに形成されるとともに、空気を前記空間の内部に向けるために前記空間に通じる第１の開口と、
   前記側板の１つに形成されるとともに、空気を前記空間から流し出すために前記空間に通じる第２の開口と、
   を備える流路構成体と、
   を備えるオゾン発生装置。
2. 前記冷却板は接地されている請求項１に記載のオゾン発生装置。
3. さらに、電源と、前記高電圧板および前記電源に電気的に接続された変圧器とを備える請求項１に記載のオゾン発生装置。
4. 前記電源は、前記変圧器に約７０００Ｈｚから約１７０００Ｈｚまでの範囲の高周波電流を供給するようにした請求項３に記載のオゾン発生装置。
5. 前記変圧器は、前記電流の電圧を約６０００ボルトから約３００００ボルトまでの範囲に昇圧するようにした請求項４に記載のオゾン発生装置。
6. 前記流路構成体は、さらに、前記側板の間で離間して配置されるとともに前記第１の板部材および前記第２の板部材に当接し、これにより前記空間を、空気を閉じ込めるための流路に区分して、前記空気が前記第１の開口から前記第２の開口まで流れるようにした複数の隔離部材を備える請求項１に記載のオゾン発生装置。
7. 前記隔離部材の厚さが約０．５ｍｍである請求項６に記載のオゾン発生装置。
8. 前記隔離部材の断面形状が円柱である請求項６に記載のオゾン発生装置。
9. 前記第１の板部材と前記第２の板部材とが、石英で作られている請求項６に記載のオゾン発生装置。
10. 前記側板が、石英で作られている請求項６に記載のオゾン発生装置。
11. 前記隔離部材が、石英で作られている請求項１０に記載のオゾン発生装置。
12. 前記第２の板部材の前記外側の表面は金属層で覆われている請求項１に記載のオゾン発生装置。
13. 前記金属層が金である請求項１２に記載のオゾン発生装置。
14. 前記高電圧板は、該高電圧板を冷却するために用いられる冷却剤で満たされる中空部を備える請求項１に記載のオゾン発生装置。
15. 前記冷却板は、該冷却板を冷却するために用いられる冷却剤で満たされる中空部を備える請求項１に記載のオゾン発生装置。
16. 前記高電圧板がアルミニウムから作られている請求項１４に記載のオゾン発生装置。
17. 前記冷却板がアルミニウムから作られている請求項１５に記載のオゾン発生装置。
18. 前記高電圧板は、該高電圧板の前記中空部に通じる第３の開口および第４の開口を備え、前記第３の開口は前記冷却剤を前記中空部の内部に向け、前記第４の開口は前記冷却剤を前記中空部から流し出すようにした請求項１４に記載のオゾン発生装置。
19. 前記冷却板は、該冷却板の前記中空部に通じる第５の開口および第６の開口を備え、前記第５の開口は前記冷却剤を前記中空部の内部に向け、前記第４の開口は前記冷却剤を前記中空部から流し出すようにした請求項１５に記載のオゾン発生装置。
20. ２つの対向する流路構成体であって、該それぞれの流路構成体が、
    第１の板部材と、
    前記第１の板部材に対向する第２の板部材と、
    前記第１の板部材を前記第２の板部材に連結し、前記第１の板部材と前記第２の板部材との間に空間を形成する複数の側板と、
    前記側板の１つに形成された第１の開口と、
    前記側板の１つに形成された第２の開口と、
    を備える流路構成体と、
    ２つの冷却板であって、該２つの冷却板は、前記２つの流路構成体を間に挟み、前記冷却板のそれぞれが前記流路構成体のそれぞれの前記第１の板部材と当接する２つの冷却板と、
    前記流路構成体の前記第２の板部材間に挟まれた高電圧板と、
    を備えるオゾン発生装置モジュール。
21. 請求項２０に記載のオゾン発生装置モジュールを２つ以上備え、前記オゾン発生装置モジュールのうちの１つの冷却板の１つが、他の前記オゾン発生装置モジュールの冷却板であるオゾン発生装置の積層組立体。

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