JP2009196823A

JP2009196823A - オゾン発生器及びその組立方法

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Publication number: JP2009196823A
Application number: JP2008037086A
Authority: JP
Inventors: Shigemitsu Kawai; 茂充河井
Original assignee: Metawater Co Ltd
Current assignee: Metawater Co Ltd
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2028-02-19
Also published as: JP5215686B2

Abstract

【課題】高電圧電極と接地電極との放電ギャップを均一に維持し、かつ高電圧電極、接地電極の設置を比較的容易に行なうとともに、オゾン発生効率を低下させないことが可能な無声放電形のオゾン発生器及びその組立方法を提供することにある。
【解決手段】無声放電形オゾン発生器３００において、接地電極管１と高電圧電極管３との放電空間４の間隔を維持するために、スペーサ６が接地電極管１または高電圧電極管３に固定されており、スペーサ６は湾曲あるいは屈曲形状で弾性力を持っており、スペーサ６の曲がりを伸ばして、接地電極管１の内面あるいは高電圧電極管３の外周面の所定の位置に固着してから高電圧電極管３を接地電極管１に挿入する手段と、高電圧電極管３を接地電極管１に挿入した後にスペーサ６の固着を外し、スペーサ６のばね力で湾曲あるいは屈曲形状に戻し、放電空間４に広がって高電圧電極管３と接地電極管１との間に係止するとともに放電空間４を維持する手段と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電ギャップによる無声放電により酸素または酸素を含む気体からオゾンを発生させるオゾン発生器に係り、特に、上下水処理、パルプ漂白処理、殺菌処理などに用いられるオゾン発生器及びその組立方法に関する。

オゾン発生器は、オゾンが持つ殺菌・脱色・脱臭力を利用して、水処理施設などの広い分野で使用されている。従来において使用されている円筒式のオゾン発生器としては、例えば、図５及び図６に示されるものがある。
すなわち、図５に示すオゾン発生器１００では、内面に絶縁のための誘電体層２が施された接地電極管１と高電圧電極管３とを備え、これら接地電極管１と高電圧電極管３とは、１ｍｍ内外の微小ギャップ（放電空間）４を介して同軸的に配置されており、一端側より原料ガスＧを供給し、両電極管１，３に４〜１０ｋＶの交流電圧を印加して放電空間４において無声放電を発生させ、他端よりオゾン化ガスを排出するように構成されている。このような原料ガスＧとしては、乾燥された酸素や空気が用いられている。

上記誘電体層２が施された接地電極管１と高電圧電極管３とに交流高電圧を印加して微小ギャップ（放電空間）４内に無声放電を生じせしめると、原料ガスＧ中の酸素分子の一部が加速電子に従って酸素原子に変換され、この酸素原子と酸素分子とが結合することにより、オゾンが形成される。
酸素分子をオゾン化する無声放電部のギャップ（放電空間）４は、誘電体層２が施された接地電極管１の内径寸法と高電圧電極管３の外形寸法との差によって形成されるものであり、放電ギャップ４の幅の維持と高電圧電極管３の支持は、高電圧電極管３の両端に複数個設置されるスペーサ６１により行なわれている。

これらスペーサ６１は、高電圧電極管３に接着剤等で固定することにより設けられている。このギャップ４に生じる無声放電空間を原料ガスＧが導入・通過することにより、オゾン化ガスが生成されることになる。なお、符号４ｓは給電用端子、符号５は高電圧電極管３の冷却用の導入排水口である。

一方、図６に示す無声放電形のオゾン発生器２００では、外管となる接地電極管１と、表面に誘電体層２が施された内管となる高電圧電極管３とを備えている。
この高電圧電極管３は接地電極管１内に挿入され、接地電極管１と高電圧電極管３とが１ｍｍ内外のギャップ（放電空間）４を介して同軸的に配置されており、図５のオゾン発生器１００と同様に、この両電極管１、３に交流電圧を印加して無声放電を生じさせることによりオゾンを発生させている。

また、放電ギャップ４の幅の維持と高電圧電極管３の支持は、図５のオゾン発生器１００と同様、誘電体層２が施された高電圧電極管３の軸方向両端に複数個設置されるスペーサ６１により行なわれている。なお、符号４ｓは給電用端子、符号５は高電圧電極管３の冷却用の導入排水口である。

特許文献１（特開平４−２１４００３号公報）には、高電圧電極管と接地電極管とのスペーサにばね部材が使用されており、該ばね部材は、放電ギャップの間隔を維持するように記載されている。
特開平４−２１４００３号公報

図５、図６に示すような従来のオゾン発生器１００，２００においては、複数のスペーサ６１で放電ギャップ４を維持しており、スペーサ６１の厚みと放電ギャップ４の間隔はほぼ同じ長さであるため、高電圧電極管３を接地電極管１内に挿入する場合、挿入作業が非常に困難である。
また、無理に高電圧電極管３を接地電極管１内に挿入する場合、当該電極管とスペーサ６１が接触し、スペーサ６１が外れてしまうおそれがある。

一方、高電圧電極管３を接地電極管１内に挿入するために、スペーサ６１の寸法を小さくすると、高電圧電極管３を接地電極管１内に挿入した場合の管上部の空隙と管下部の空隙が不均一になり、オゾン発生特性を低下させる原因になる。
また、挿入を容易にするために、管上部のスペーサ６１を設置せず、管下部の２点で放電ギャップ４を維持しようとした場合、管上方の放電ギャップ４を正確に維持することができず、これについてもオゾン発生特性を低下させる原因になる。

他方、スペーサ６１の管長手方向に対する断面積が大きすぎると、ガスの流れを阻害することで圧力損失となり、オゾン発生特性を低下させることとなる。
また、従来のオゾン発生器１００，２００において、スペーサ６１は接着剤等で高電圧電極管３に固定しているため、オゾン発生装置１００，２００の運転中にオゾンにさらされると接着効果が低下し、スペーサ６１が外れ、オゾンと共にオゾン発生器内に流され、運転に支障を来たすおそれがある。

そこで、上記特許文献１（特開平４−２１４００３号公報）には、高電圧電極管と接地電極管との間のスペーサにばね部材５が使用され、放電ギャップの間隔を維持する記載がある。
この特許文献１においては、ばね部材５の自由端部が誘電体に対してほぼ接線方向に向いていて、外部電極の内壁に接している、とある。
この場合、ガスの流れ方向である管長手方向に対し、スペーサとして使用しているばね部材５の断面積が大きくなり、ガスの流れを阻害することで圧力損失となり、オゾン発生効率を低下させるおそれがある。

また、このばね部材５は、真っ直ぐに折り畳まれたもの、端部を折り曲げられたもの、Ｔ形やＨ形の形状のものであり、ばね材自体が大きく変形することはない。
高電圧電極管等の内部電極の挿入前、かかるばね部材５は中央部１点のみで高電圧電極管に接しており、端部はどこにも接しておらず、自由端である。
これは、ばね部材５の曲げ量を微小にするためであるが、これでは、高電圧電極管の挿入時に接地電極管の内部とばね部材５とが接触し、ばね部材５が外れてしまうおそれがある。

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、高電圧電極と接地電極との放電ギャップを均一に維持し、かつ高電圧電極、接地電極の設置を比較的容易に行なうとともに、オゾン発生効率を低下させないことが可能な無声放電形のオゾン発生器及びその組立方法を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、２つの電極のうち、外側電極を金属からなる接地電極とし、内側電極を金属からなる高電圧電極とし、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方または両方の表面に誘電体を施し、前記接地電極と前記高電圧電極との間に放電空間を形成し、これら両電極に交流電圧を印加して前記放電空間に酸素を含むガスを通流しつつ無声放電を生じさせてオゾンを生成する無声放電形オゾン発生器において、前記接地電極と前記高電圧電極との前記放電空間の間隔を維持するために、スペーサが前記接地電極または前記高電圧電極に固定されており、前記スペーサは湾曲あるいは屈曲形状で弾性力を持っており、前記スペーサの曲がりを伸ばして、前記接地電極の内面あるいは前記高電圧電極の外周面の所定の位置に固着してから前記高電圧電極を前記接地電極に挿入する手段と、前記高電圧電極を前記接地電極に挿入した後に前記スペーサの固着を外し、該スペーサのばね力で湾曲あるいは屈曲形状に戻し、前記放電空間に広がって前記高電圧電極と前記接地電極との間に係止するとともに前記放電空間を維持する手段と、を備えている。

また、本発明において、前記スペーサの高さは、前記放電空間において、ガスの流れ方向である管長手方向に対して前記スペーサの断面積を小さくし、かつ前記スペーサの高さを所定の放電空間より小さく形成して、前記スペーサの固着を外す時に、前記スペーサのばね力で湾曲あるいは屈曲形状に戻して、少なくとも上下３面が前記放電空間の周囲内壁に係止されている。

さらに、本発明は、外側電極を金属からなる接地電極とし、内側電極を金属からなる高電圧電極とし、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方または両方の表面に誘電体を施し、前記接地電極と前記高電圧電極との間に放電空間を形成し、これら両電極に交流電圧を印加して前記放電空間に酸素を含むガスを通流しつつ無声放電を生じさせてオゾンを生成する無声放電形オゾン発生器の組立方法において、ばね材からなり湾曲あるいは屈曲形状で弾性力を有するスペーサを前記接地電極または前記高電圧電極に固着し、前記スペーサの曲がりを伸ばし、かつ前記スペーサを、前記放電空間において、前記接地電極の内面あるいは前記高電圧電極の外周面の所定の位置に、前記ガスの流れ方向である管長手方向に対して前記スペーサの断面積を小さくするように、前記スペーサの高さを前記放電空間より小さく形成して固着し、前記高電圧電極を前記接地電極に挿入した後に前記スペーサの固着を外して、前記スペーサのばね力で湾曲あるいは屈曲形状に戻し、前記放電空間に広げて前記高電圧電極と前記接地電極との間に係止させることにより組み立てている。

すなわち、本発明において、前記スペーサは、湾曲あるいは屈曲形状であるが弾性力を有しているため、前記スペーサを伸ばした状態で前記高電圧電極または前記接地電極に固着させ、前記高電圧電極を前記接地電極に挿入しやすいようにしている。
そして、かかる挿入後、前記スペーサの固着が外れることにより、伸ばした状態の前記スペーサが湾曲あるいは屈曲形状に戻り、前記高電圧電極と前記接地電極との間のギャップを保持し、均一な放電ギャップを維持させている。
また、前記スペーサは管長手方向に対して、前記スペーサの自由端２点と中央部分１点が前記高電圧電極または前記接地電極に接して、放電ギャップを維持しているため、管長手方向に対するガスの流れの阻害を最小にしている。

上述の如く、本発明では、２つの電極のうち、外側電極を金属からなる接地電極とし、内側電極を金属からなる高電圧電極とし、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方または両方の表面に誘電体を施し、前記接地電極と前記高電圧電極との間に放電空間を形成し、これら両電極に交流電圧を印加して前記放電空間に酸素を含むガスを通流しつつ無声放電を生じさせてオゾンを生成する無声放電形オゾン発生器において、前記接地電極と前記高電圧電極との前記放電空間の間隔を維持するために、スペーサが前記接地電極または前記高電圧電極に固定されており、前記スペーサは湾曲あるいは屈曲形状で弾性力を持っており、前記スペーサの曲がりを伸ばして、前記接地電極の内面あるいは前記高電圧電極の外周面の所定の位置に固着してから前記高電圧電極を前記接地電極に挿入する手段と、前記高電圧電極を前記接地電極に挿入した後に前記スペーサの固着を外し、該スペーサのばね力で湾曲あるいは屈曲形状に戻し、前記放電空間に広がって前記高電圧電極と前記接地電極との間に係止するとともに前記放電空間を維持する手段と、を備えている。

前記スペーサがばね材であることから、前記スペーサを前記高電圧電極または前記接地電極に接着剤等で固着したときは、前記スペーサが伸びた状態であり、前記スペーサ片側全面が内側の高電圧電極に接触固定されているため、高電圧電極の挿入時に外側の接地電極の内部と前記スペーサが接触して外れることはなく、前記スペーサの高さは所定の放電ギャップより小さくなり、前記高電圧電極の前記接地電極への挿入が容易になる。

また、前記高電圧電極の挿入時は、前記スペーサであるばね材が伸びた状態であるため、放電ギャップは均一ではないが、固着が外れることにより、ばね効果が作用することで、放電ギャップが均一となり、前記スペーサが前記高電圧電極と前記接地電極との間で固定される。前記スペーサ自体が平板状から湾曲あるいは屈曲形状に変形することが大きな特徴である。
さらに、前記スペーサを複数個使用しているので、前記高電圧電極と前記接地電極との中心円精度が向上し、円周内の放電ギャップでの誘電体層を介した無声放電が安定しかつ均一に行なわれることとなる。

以下、本発明のオゾン発生器について、図面を参照しながら、その実施形態に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係るオゾン発生器の構造を示す断面側視図である。図２は図１のＡ矢視図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。図４はスペーサ部の拡大図であり、（Ａ）はスペーサが固着している状態を示し、（Ｂ）はスペーサの固着が外れた状態を示している。

本発明の実施の形態に係るオゾン発生器３００は、図１に示すように、同軸円筒状に構成された２つの電極のうち、外側の電極を金属からなる接地電極管１とし、内側の電極を金属からなる高電圧電極管３とし、該高電圧電極管３の外周表面に誘電体を施すことにより誘電体層２を形成するとともに、接地電極管１と高電圧電極管３との間に放電空間４を形成し、これら両電極管１，３に交流電圧を印加して放電空間４に、酸素を含むガスを通流しつつ無声放電を生じさせてオゾンを生成する円筒管形無声放電形オゾン発生器である。
このようなオゾン発生器３００の高電圧電極管３は、低炭素鋼またはステンレス合金鋼の金属材料からなる円筒管であり、その両端部には、溶接あるいは絞り加工により形成した蓋（図示省略）が設けられている。この高電圧電極管３の蓋の一方には、高電圧の給電用端子４ｓが設けられている。
また、高電圧電極管３の外周表面には、絶縁材料であるセラミックスを鋼材の機械的特性に合わせた下地層の上にオゾン発生器３００に適した低誘電率、低誘電損失でかつ温度的に安定した電気特性を持つ誘電体層２が形成され、多層構造として構成されている。

かかる構成においては、高電圧電極管３にスペーサ６を接着剤等で接着し、該高電圧電極管３を接地電極管１に挿入している。スペーサ６に使用するばね材は、ＳＵＳ３０１−ＣＳＰ、ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ等が使用されている。接着剤は、シアノアクリレート系、シリコン系、エボキシ系等が使用されている。

図１〜図３は、高電圧電極管３を接地電極管１内に挿入配置したものを各断面で図示したものである。図１は横方向から、図２は上方向（矢印Ａ方向）から、図３は端部方向（Ｂ−Ｂ線断面図）から見たものである。
また、図４は図１のスペーサ部の拡大図である。（Ａ）は誘電体層２を巻装した高電圧電極管３を接地電極管１に挿入した後、スペーサ６の固着が外れる前の状態を示している。（Ｂ）はスペーサ６の固着が外れた後の状態を示している。
本実施形態のオゾン発生器３００では、運転を開始すると発生するオゾンの影響で接着剤等の接着効果が低減するが、図４（Ｂ）は、スペーサ６のばね効果が作用し、接地電極管１と誘電体層２を巻装した高電圧電極管３との間に放電ギャップ４が維持された状態を図示したものである。

高電圧電極管３を接地電極管１内に挿入する前に、高電圧電極管３にスペーサ６を接着剤等で同円周上に１２０°間隔（図３参照）で、高電圧電極管３の長手方向に対して前部と後部の２ヶ所に固着している。スペーサ６は湾曲あるいは屈曲形状であるが、固着した状態では平板状に伸ばされた状態である。このため、高電圧電極管３の挿入は比較的容易である。

高電圧電極管３を接地電極管１に挿入した後、オゾン発生器３００を運転することでオゾンが発生し、オゾンの作用により、接着剤等の接着効果が低減するとともに、スペーサ６のばね効果が作用し、元の湾曲あるいは屈曲形状に戻ることから、放電ギャップを均一に維持することが可能となる。
スペーサ６を接着している接着剤等の効果が低減または無くなったとしても、放電ギャップの維持には特に問題は生じない。また、スペーサ６のばね効果により、スペーサ６が高電圧電極管３と接地電極管１との間で固定されることになる。

ここでは、オゾン発生器３００を運転し、オゾンの作用により接着剤等の接着効果が低減し、スペーサ６の固着が外れる方法を述べているが、それに限定されるものではなく、接着剤等の接着効果が低減し、固着が外れる方法が他にあれば、それを用いても問題はない。例えば、別の系統からオゾンを注入する方法、接着剤の接着効果を低減させる溶剤を注入する方法等が考えられる。

スペーサ６は、そのばね効果を作用させた後、スペーサ６の中心で１箇所、スペーサ６の両端で２箇所、各電極管を支持することになる。このとき、ガスの流れ方向である管長手方向に対し、スペーサ６の断面積（図４（Ａ）のＳ寸法）を極力小さくし、ガスの流れに対する阻害を極力抑えることで圧力損失を抑え、オゾン発生特性の低下を防いでいる。
図４（Ｂ）はスペーサ６の固着が外れた状態を示しているが、スペーサ６の固着が外れても、スペーサ６は放電空間４内に収まっている。
なお、メンテナンス等において高電圧電極管３を抜き出し、再度挿入する場合は、再度スペーサ６の固定を行なう。また、誘電体層２は接地電極管１の内周に巻装しても、あるいは接地電極管１および高電圧電極管３の双方に設けてもよい。

このように、本発明の実施形態に係る無声放電形オゾン発生器３００は、２つの電極のうち、外側電極を金属からなる接地電極管１とし、内側電極を金属からなる高電圧電極管３とし、接地電極管１および高電圧電極管３のいずれか一方または両方の表面に誘電体を施して誘電体層２を形成し、接地電極管１と高電圧電極管３との間に放電空間４を形成して、これら両電極管１，３に交流電圧を印加して放電空間４に酸素を含むガスを通流しつつ無声放電を生じさせてオゾンを生成するものであって、スペーサ６は湾曲あるいは屈曲形状で弾性力を持っており、スペーサ６の曲がりを伸ばして接地電極管１の内面あるいは高電圧電極管３の外周面の所定の位置に固着してから、高電圧電極管３を接地電極管１に挿入する手段と、高電圧電極管３を接地電極管１に挿入した後にスペーサ６の固着を外し、スペーサ６のばね力で湾曲あるいは屈曲形状に戻し、放電空間４に広がって高電圧電極管３と接地電極管１との間に固定するとともに、放電空間４を維持するように構成されており、スペーサ６がばね材であることから、スペーサ６を高電圧電極管３または接地電極管１に接着剤等で固着したときは、スペーサ６が伸びた状態であり、スペーサ６の片側全面が高電圧電極管３に接触固定されているため、高電圧電極管３の挿入時に接地電極管１の内部とスペーサ６が接触して外れることはない。
スペーサ６の高さは、図４中の寸法Ｓで示すように、ガスの流れ方向である管長手方向に対し、スペーサ６の断面積を極力小さくしているので、スペーサ６の高さは所定の放電ギャップ４より小さくなり、高電圧電極管３の接地電極管１への挿入作業が容易に行うことができる。

また、高電圧電極管３の挿入時は、スペーサ６であるばね材が伸びた状態であるため、放電ギャップ４は均一ではないが、固着が外れることにより、スペーサ６自体が平板状から湾曲あるいは屈曲形状に変形し、スペーサ６のばね効果が作用することで、放電ギャップ４が均一となり、スペーサ６が高電圧電極管３と接地電極管１との間で固定されることになる。
さらに、スペーサ６を複数個（この例では６個）使用しているので、高電圧電極管３と接地電極管１との中心円精度が向上し、円周内の放電ギャップ４での誘電体層２を介した無声放電が安定しかつ均一に行なわれることとなる。

以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更及び変形が可能である。

本発明の実施形態に係るオゾン発生器の構造を示す断面側視図である。図１のＡ矢視図である。図１のＢ−Ｂ線断面図である。上記実施形態に係るスペーサ部の拡大図であり、（Ａ）はスペーサが固着している状態、（Ｂ）はスペーサの固着が外れた状態を示している。（Ａ）は従来技術に係るオゾン発生器の軸心線に沿う断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。（Ａ）は他の従来技術に係るオゾン発生器の軸心線に沿う断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

符号の説明

１接地電極管
２誘電体層
３高電圧電極管
４放電空間
６スペーサ
３００オゾン発生器

Claims

２つの電極のうち、外側電極を金属からなる接地電極とし、内側電極を金属からなる高電圧電極とし、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方または両方の表面に誘電体を施し、前記接地電極と前記高電圧電極との間に放電空間を形成し、これら両電極に交流電圧を印加して前記放電空間に酸素を含むガスを通流しつつ無声放電を生じさせてオゾンを生成する無声放電形オゾン発生器において、
前記接地電極と前記高電圧電極との前記放電空間の間隔を維持するために、スペーサが前記接地電極または前記高電圧電極に固定されており、前記スペーサは湾曲あるいは屈曲形状で弾性力をもっており、前記スペーサの曲がりを伸ばして、前記接地電極の内面あるいは前記高電圧電極の外周面の所定の位置に固着してから前記高電圧電極を前記接地電極に挿入する手段と、前記高電圧電極を前記接地電極に挿入後に前記スペーサの固着を外し、該スペーサのばね力で湾曲あるいは屈曲形状に戻し、前記放電空間に広がって前記高電圧電極と前記接地電極との間に係止するとともに前記放電空間を維持する手段と、を備えたことを特徴とするオゾン発生器。
前記スペーサの高さは、前記放電空間において、ガスの流れ方向である管長手方向に対して前記スペーサの断面積を小さくし、かつ前記スペーサの高さを所定の放電空間より小さく形成して、前記スペーサの固着を外す時に、前記スペーサのばね力で湾曲あるいは屈曲形状に戻して、少なくとも上下３面が前記放電空間の周囲内壁に係止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器。
外側電極を金属からなる接地電極とし、内側電極を金属からなる高電圧電極とし、前記接地電極および前記高電圧電極のいずれか一方または両方の表面に誘電体を施し、前記接地電極と前記高電圧電極との間に放電空間を形成し、これら両電極に交流電圧を印加して前記放電空間に酸素を含むガスを通流しつつ無声放電を生じさせてオゾンを生成する無声放電形オゾン発生器の組立方法において、
ばね材からなり湾曲あるいは屈曲形状で弾性力を有するスペーサを前記接地電極または前記高電圧電極に固着し、前記スペーサの曲がりを伸ばし、かつ前記スペーサを、前記放電空間において、前記接地電極の内面あるいは前記高電圧電極の外周面の所定の位置に、前記ガスの流れ方向である管長手方向に対して前記スペーサの断面積を小さくするように、前記スペーサの高さを前記放電空間より小さく形成して固着し、前記高電圧電極を前記接地電極に挿入した後に前記スペーサの固着を外して、前記スペーサのばね力で湾曲あるいは屈曲形状に戻し、前記放電空間に広げて前記高電圧電極と前記接地電極との間に係止させることにより組み立てることを特徴とするオゾン発生器の組立方法。