JP3445480B2 - ガス変換放電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、オゾンを発生さ
せるための放電装置、またはその他の反応性ガスに変換
する放電装置に係るもので、特に当該放電装置内の水冷
電極構造に関するものである。以下、従来の技術及び実
施の形態については、オゾン発生装置の場合について説
明する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は例えば特公平７−１００６０２
号公報に示された従来のオゾン発生装置を示す構成図で
あり、図において、絶縁性のケース２１内に、内部に冷
却液が循環する様な高圧電極冷却部２２を備えた平面状
高圧電極２３と、この高圧電極２３に空隙２４とセラミ
ック製誘電体２５を介して対向し、内部に冷却液が循環
する様な接地電極冷却部２６を備えた平面状接地電極２
７が設けられている。そして、空隙２４と誘電体２５を
介して対向して放電領域を形成した高圧電極２３と接地
電極２７の間に、少なくとも酸素を含んだガスを供給す
るガス供給口２８が設けられており、このガス供給口２
８はガス流量調節器２９を介して酸素供給源３０に接続
されている。また、ガス供給口２８の対向部には、少な
くともオゾンを含んだガスを放出可能なガス出口３１が
設けられている。上記高圧電極２３と接地電極２７に電
圧を印加する如く高圧電源３２が接続設置されている。

【０００３】また、高圧電極冷却部２２及び接地電極冷
却部２６に設けられた冷却液入口３３と冷却液出口３４
に、循環ポンプ３５と冷却液タンク３６が、絶縁性のホ
ース３９で接続されていて、ひとつの循環系により同一
の絶縁性を有する冷却液、例えば弗素系不活性液体で高
圧電極２３と接地電極２７を循環冷却可能に構成されて
いる。

【０００４】次に、上述したオゾン発生装置によるオゾ
ンの発生方法を説明する。まず、冷却液タンク３６内の
電気的に絶縁性を有する冷却液、例えば弗素系不活性液
体であるフロリナート等を循環ポンプ３５で循環する。
この循環ポンプ３５で送出した冷却液は冷却液入口３３
より高圧電極冷却部２２及び接地電極冷却部２６に循環
し、高圧電極２３及び接地電極２７の放電領域以外の電
極の部分、例えば内部を冷却する。この冷却後の冷却液
を冷却液出口３４より冷却液タンク３６に送り、再び循
環ポンプ３５で循環する。

【０００５】そして、冷却状態の高圧電極２３及び接地
電極２７に、高圧電源３２で、例えば周波数１〜１０KH
z、電圧１〜１０KV程度の高電圧を印加する。この時、
酸素供給源３０とガス流量調節器２９で、所望の流量が
例えば０〜２０Sl/min 程度の少なくとも酸素を含んだ
ガスを、ガス供給口２８から空隙２４に流す。ここで、
電圧を印加した両電極２３，２７の間に誘電体２５と空
隙２４を設けた放電領域で生ずる無声放電により、オゾ
ンが発生し、ガス出口３１より図示しないオゾンを用い
た処理部にオゾンを含んだガスが送られる。

【０００６】なお、生成されたオゾンの寿命は温度に依
存し、温度が高くなるとオゾンの寿命は急激に短くな
る。このため、発熱体である両電極２３，２７付近の温
度を十分に下げる必要があり、両電極冷却部２２，２６
内の冷却液を例えば１０℃以下程度とするのが望まし
い。

【０００７】また、冷却液に弗素系不活性液体を用い
て、冷却液を気化させながら、電極の熱を気化熱として
奪うと、より効率の向上した冷却を行うことができる。
図１２はその例を示すもので、図において、冷却液の循
環系の途中に、凝縮器３７と減圧ポンプ３８を付加して
設けたものであり、凝縮器３７内の冷却液が気化したガ
スを、一部減圧ポンプ３８で排出することにより、冷却
液の圧力を下げて、冷却液が各電極冷却部２２，２６で
気化する状態で冷却が行えるので、各電極２３，２７は
気化熱による熱を奪われて冷却効率が向上する。そし
て、冷却液が気化したガスは、一部減圧ポンプ３８で排
出され、他は、凝縮器３７で液化され、冷却液タンク３
６に回収される。

【０００８】この放電で取り出せるオゾン発生効率は最
大で約２０％と言われており、放電電力の８０％は電極
を加熱してロスする。また、オゾンガスの発生効率は電
極温度（厳密には放電ガス温度）に依存しており、電極
の温度が低いほど発生効率が高くなる。そのため、電極
を水等で直接冷却を行っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のオゾン発生用の
放電装置は以上のように構成されているので、電極と電
極水冷構造が一体構造で構成されており、放電空間が高
圧力になったりすると、電極面がたわむなどの欠点が生
じ、放電ギャップ長が不均一になってオゾン発生効率が
低下するため、この欠点を防ぐため、水冷電極部にリブ
補強材を溶接等で接合しなければならず、電極の加工コ
ストが高くなるという問題点がある。また、水冷部に溶
接をすると、溶接腐食や、隙間での腐食が生じやすく、
腐食対策が必要であるなどの問題点があった。

【００１０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、高圧力空間において、高効
率で高濃度のオゾンを生成できる放電装置を提供すると
共に、水冷電極の水冷構造を安価で提供し、更に水冷部
での溶接部をなくし、電極腐食を防止する装置を提供す
ることを目的とする。又、電極の軽量化、および複数個
の電極を簡単な構造で構成できると共に、複数個の電極
の一体化を簡単な製造方法で容易に得られる装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るガス変換放電装置は、複数本の冷却管で複数個のプレ
ート状の電極を同一平面上で結合させ、冷却管の端部を
複数本まとめて一つの出入り口にしたものである。

【００１２】この発明の請求項２に係るガス変換放電装
置は、電極の周りをアルミ又はアルミ合金により鋳込ん
だものである。

【００１３】この発明の請求項３に係るガス変換放電装
置は、アルミ又はアルミ合金に電極を支えるための穴も
しくは突起物を設けたものである。

【００１４】この発明の請求項４に係るガス変換放電装
置は、アルミ又はアルミ合金で鋳込んだ電極に複数本の
直状の冷却管を並べた状態で接合したものである。

【００１５】この発明の請求項５に係るガス変換放電装
置は、アルミ又はアルミ合金で鋳込んだ電極の２枚をそ
れぞれ背向面で結合させ、両面電極構造としたものであ
る。

【００１６】この発明の請求項６に係るガス変換放電装
置は、背向面の突出衝合部の周りを溶接などで接続した
ものである。

【００１７】この発明の請求項７に係るガス変換放電装
置は、冷却管をシームレスのステンレス管としたもので
ある。

【００１８】

【発明の実施の形態】実施の形態１． 以下、この発明の一実施形態を図について説明する。図
１はこの発明の実施の形態１によるオゾン発生装置を示
す正面図、図２は同じく断面側面図である。なお図１は
接地電極側のみ表している。図において、１はケーシン
グであり、このケーシング１は例えばステンレス等の金
属製で構成されており、電気的にはアース電位になって
いる。２，３はこのケーシング１内に対向して配置され
たプレート状の高圧電極とプレート状の接地電極であ
り、この高圧電極２、接地電極３はそれぞれステンレス
製の円板形状に構成されている。４は接地電極３に接合
され、放電面に静電電荷を充電できる誘電体、５は放電
空間であり、この放電空間５は０.１mm程度の短ギャッ
プに保持されている。なお、誘電体４並びに放電空間５
のギャップを保持する構造については、例えば特開平８
−１２３０４号公報などに示された従来のオゾン発生装
置と同様であるので省略する。６は高圧電極２の裏面に
接合された、電極を冷却するためのステンレス製の冷却
管、７は接地電極３の裏面に接合された、電極を冷却す
るためのステンレス製の冷却管、８，９はそれぞれ高圧
電位を絶縁させるためのテフロン等の絶縁管である。

【００１９】１０は高圧電極２と接地電極３に電圧を印
加する高圧電源、１１はケーシング１に取付けられた高
圧端子、１２はこの高圧端子１１を支える碍子、１３は
ケーシング１に設けられたガス供給口、１４は上記放電
空間５と連通して配設され、少なくともオゾンを含んだ
ガスを放出可能なガス出口、１５は上記冷却管６，７の
冷却液入口、１６は同冷却液出口である。

【００２０】次に動作について説明する。ケーシング１
は例えば１０気圧の高圧に耐えるものに設計されてい
る。このケーシング１に例えば５気圧状態でガス供給口
１３からガス出口１４に酸素ガスを流した状態で、高圧
端子１１を介して接地電極３並びに誘電体４と、高圧電
極２間に高圧電源１０によって交流の高電圧を印加する
と、放電空間５に無声放電が発生し、この無声放電で酸
素ガスはオゾン化ガスに変換され、ガス出口１４から高
濃度のオゾンガスが取り出せる。この際、プレート状の
高圧電極２及び接地電極３は、それぞれ裏面側に冷却用
の管６，７を接合しているために、放電装置内が５気圧
の高圧力であっても、冷却水圧と高ガス圧の差圧による
電極のたわみは生じない。そのため、ギャップ長は均一
状態で無声放電が行える。ここで、冷却管を図１に示す
ように蛇行状に折り曲げて接合すると、冷却効率及びた
わみ防止などに更に有効である。

【００２１】なお、この水冷電極構造はプレート電極
２，３に冷却管６，７を接合するのみであるため、電極
の切削加工が非常に短い時間で簡単に製作できる。ま
た、冷却管はシームレスパイプであり、水と接触する面
には溶接面等の接合部が全くなく、溶接面からの電触の
心配はなくなる。

【００２２】実施の形態２． 図３は実施の形態２によるオゾン発生装置のうち、電極
プレートと冷却管部分を示す（図は接地電極側のみ示
す）正面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図であ
る。上記実施の形態１では、１対の放電セルで構成し、
かつ冷却管６，７を電極に対して１本をロー付けしたも
ので冷却する場合について述べたが、本実施の形態２で
は、図３に示すように、複数個の接地電極３ａ〜３ｄを
同一平面上に設置し、複数本の折り曲げ冷却管７ａ〜７
ｄを並べ、これら複数本の冷却管を並列接続すると共
に、冷却管の端部を複数本まとめて一つの出入り口１５
ａ，１６ａとして構成している。このように、冷却管７
と４つの接地電極３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを接合するこ
とで容易に同一平面上に電極を設置することができる。
また、冷却管を並列接続することで冷却管の径を太くす
ることなく、水冷断面積が確保でき、冷却水の圧損が小
さくなり、所定の水量が流せる。また、水冷電極の厚み
Ｌが薄くできるメリットが生じる。

【００２３】更に、冷却管の端部を複数本まとめて一つ
の出入り口１５ａ，１６ａに構成したので、水冷パイプ
の径を太くせずに水冷断面を大きくでき、冷却水の流量
が増やせ、電極の冷却能力が上がり、装置の性能が高め
られ、また電極が薄くでき、軽量化を図ることができ
る。また、水冷パイプを折り曲げて構成して水冷電極と
したので、電極面を安価で有効に冷却できる。なお、図
３においては、接地電極３側の構造のみを示している
が、高圧電極２側も同様の構造形態をとることができ
る。

【００２４】実施の形態３． 図５は実施の形態３によるオゾン発生装置を示す正面図
であり、図６は同じく側面図である。上記実施の形態２
では、ステンレス製の電極にステンレス製の冷却管を接
合した構造について述べたが、図５に示すように、実施
の形態２に示した水冷電極構造をアルミ又はアルミ合金
１７等で鋳込んで剛体化することにより、電極が頑丈に
なり、かつ電極の平面精度が確保できる。また、アルミ
鋳込みをすることで、アルミの熱伝導度はステンレスの
熱伝導度より２０倍良いので、電極の冷却能力を向上し
得る。さらに、鋳込みの形状に図５で示した穴１７ａや
図７で示すような突起構造１７ｂを採用することによ
り、容易にかつ安価に電極を支える構造を実現すること
ができる。

【００２５】実施の形態４． なお、上記実施の形態３では、ステンレス製の電極にス
テンレス製の冷却管を曲げた状態で接合した水冷電極構
造に、アルミ又はアルミ合金等を鋳込んで剛体化する場
合について述べたが、図８に示すように、直状の複数本
の冷却管を並べた状態で電極に接合して、アルミ又はア
ルミ合金１７等を鋳込むようにすることもできる。これ
により、冷却管の曲げ加工がなくなり、鋳込みが容易に
行える。そして鋳込み後に、冷却管に出入り口ヘッダ管
１５ｂ，１６ｂおよび連結管１５ｃ，１５ｄ，１５ｅを
接続する。

【００２６】実施の形態５． 図９は実施の形態５によるオゾン発生装置を示す正面図
であり、図１０は同じく側面図である。上記実施の形態
３では、ステンレス製の電極にステンレス製の冷却管を
折り曲げ、ロー付けした水冷電極構造にアルミ、アルミ
合金等を鋳込んで剛体化する場合について述べたが、図
９，図１０に示すように、２つのアルミ鋳込み水冷電極
１７Ａ，１７Ｂを背向して突き合わせ、それぞれの背向
面の突出衝合部１８Ａ，１８Ｂの周りを溶接又はロー付
等で接続すれば、両面電極が簡単にでき、複数個の電極
を並べ放電セルを多段に結合することが実現できるの
で、大型のオゾンおよびその他の反応性ガスに変換する
放電装置にすることが可能になる。

【００２７】この際、冷却管の両面に電極を接合して、
アルミ鋳込みをすることも考えられるが、電極部３の熱
の逃げ等で、電極面の裏面部のアルミ鋳込みが難しく、
鋳込み工程が複雑になったり、鋳込み型が高くなり、ま
た鋳込み後の電極の後加工が複雑化することになる。そ
こで図９、図１０に示すように、２つのアルミ鋳込み水
冷電極１７Ａ，１７Ｂを背向して突き合わせ、それぞれ
の背向面の突出衝合部１８Ａ，１８Ｂの周りを溶接又は
ロー付等で接続して、両面電極を実現する方法がコスト
が安く、製造工程を簡略化することができる。

【００２８】また、上記実施の形態では、特にオゾン発
生装置の場合について説明したが、その他の反応性ガス
に変換する放電装置の冷却電極においても、上記実施の
形態と同様の効果を奏する。更に、上記実施形態では、
電極にステンレス製の冷却管を接合してアルミ等を鋳込
んで剛体化したものを示したが、ステンレス製冷却管の
代わりにアルミ等の鋳込み構造で冷却構造を兼ねてもよ
い。

【００２９】

【発明の効果】この発明の請求項１に係るガス変換放電
装置によれば、複数本の冷却管で複数個のプレート状の
電極を同一平面状で結合させ、冷却管の端部を複数本ま
とめて一つの出入り口にしたので、安価でしかも電極面
を均一に冷却でき、冷却管の径を太くせずに水冷断面を
大きく取ることができ、冷却水の流量が増やせ、電極の
冷却能力が上がり装置の性能が高められ、更に電極が薄
くでき軽量化を図ることができる。

【００３０】この発明の請求項２に係るガス変換放電装
置によれば、電極の周りをアルミ又はアルミ合金により
鋳込んだので、電極が頑丈になり、電極の平面精度が確
保できると共に、電極の冷却能力が向上し、装置の性能
が高められる。

【００３１】この発明の請求項３に係るガス変換放電装
置によれば、アルミ又はアルミ合金に電極を支えるため
の穴もしくは突起物を設けたので、容易にかつ安価に電
極を支える構造が実現できる。

【００３２】この発明の請求項４に係るガス変換放電装
置によれば、アルミ又はアルミ合金鋳込みの電極に直状
の複数本の冷却管を並べた状態で電極に接合したので、
冷却管の加工及び鋳込みが容易に行える。

【００３３】この発明の請求項５に係るガス変換放電装
置によれば、アルミ又はアルミ合金で鋳込んだ電極の２
枚をそれぞれ背向面で結合させ、両面電極構造としたの
で、複数個の電極を並べ放電セルを多段に結合すること
が実現でき、大型の放電装置にすることが可能となる。

【００３４】この発明の請求項６に係るガス変換放電装
置によれば、２つのアルミ又はアルミ合金鋳込み電極を
背向して突き合わせ、その背向面の突出衝合部の周りを
溶接等で接続して両面電極を製造する方法が採用できる
ので、コストが安く、しかも製造工程を簡略化すること
ができる。

【００３５】この発明の請求項７に係るガス変換放電装
置によれば、冷却管をシームレスのステンレス管とした
ので、電気腐食や溶接腐食が起こりにくく、寿命の長い
装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるオゾン発生装
置の要部を示す正面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１によるオゾン発生装
置を示す断面側面図である。

【図３】 この発明の実施の形態２によるオゾン発生装
置の要部を示す正面図である。

【図４】 図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】 この発明の実施の形態３によるオゾン発生装
置の要部を示す正面図である。

【図６】 この発明の実施の形態３によるオゾン発生装
置の要部を示す側面図である。

【図７】 この発明の実施の形態３によるオゾン発生装
置の要部を示す正面図である。

【図８】 この発明の実施の形態４によるオゾン発生装
置の要部を示す正面図である。

【図９】 この発明の実施の形態５によるオゾン発生装
置の要部を示す正面図である。

【図１０】 この発明の実施の形態５によるオゾン発生
装置の要部を示す側面図である。

【図１１】 従来のオゾン発生装置を示す構成図であ
る。

【図１２】 従来のオゾン発生装置を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

２ 高圧電極、３ 接地電極、４ 誘電体、６，７ 冷
却管、１５ａ 入口、１６ａ 出口、１７ アルミ又は
アルミ合金、１７ａ 穴、１７ｂ 突起物、１８Ａ，１
８Ｂ 背向面突出衝合部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−25293（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−54191（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−16948（ＪＰ，Ｂ２) 特公68865（大正15年）（ＪＰ，Ｂ１ Ｔ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01T 19/00 - 23/00 C01B 13/11

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレート状の高圧電極と、プレート状の
   接地電極を対向配置させ、上記接地電極の上記高圧電極
   と対向する面に誘電体を設け、上記高圧電極と上記接地
   電極間の放電空間に電圧を印加するとともに、上記放電
   空間に原料ガスを流して、オゾンを発生させたり、その
   他の反応性ガスに変換する放電装置であって、上記プレ
   ート状の電極の裏面に複数本の冷却管を接合するととも
   に、これら複数本の冷却管で複数個の上記プレート状の
   電極を同一平面上で結合させ、上記冷却管の端部を複数
   本まとめて一つの出入り口にしたことを特徴とするガス
   変換放電装置。
2. 【請求項２】 電極の周りをアルミ又はアルミ合金によ
   り鋳込んだことを特徴とする請求項１記載のガス変換放
   電装置。
3. 【請求項３】 アルミ又はアルミ合金に電極を支えるた
   めの穴もしくは突起物を設けたことを特徴とする請求項
   ２記載のガス変換放電装置。
4. 【請求項４】 直状の複数本の冷却管を並べた状態で電
   極に接合したことを特徴とする請求項２又は請求項３記
   載のガス変換放電装置。
5. 【請求項５】 アルミ又はアルミ合金で鋳込んだ電極の
   ２枚をそれぞれ背向面で結合させ、両面電極構造とした
   ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項
   に記載のガス変換放電装置。
6. 【請求項６】 ２枚の電極を背向して突き合わせるとと
   もに、それぞれの背向面の突出衝合部の周りを接続した
   ことを特徴とする請求項５記載のガス変換放電装置。
7. 【請求項７】 冷却管をシームレスのステンレス管とし
   たことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１
   項に記載のガス変換放電装置。