JP3837931B2 - オゾナイザ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水処理などに用いられるオゾンを得るオゾナイザに係わり、大量のオゾンが発生可能なオゾナイザの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オゾナイザは、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において広く使用されている。このような従来のオゾナイザの例として、片面冷却型のオゾナイザについて、その構造や運転の概要を図５〜図８を用いて以下に説明する。
【０００３】
図５には、本発明者らが出願中の特願平９−３１５３０６号明細書に記載されている片面冷却型オゾナイザの全体構成図の例を示す。この図において、オゾナイザの筐体は、両端が開口している筒状をしたステンレス鋼からなる胴部１と、胴部１の両開口端部のそれぞれに、平型のパッキン８１、８２を介してネジなどの図示されていない締付け手段を用いて装着されたステンレス鋼からなる側板２１、２２とで構成されている。胴部１の内面側には、少なくとも１対のステンレス鋼からなる支持板４１、４２が互いに間隔を設けられて嵌め込まれている。胴部１の外面側には、側板２１と一方の支持板４１との中間位置に原料ガスを供給するための配管接続体のガス入口１１が、側板２２と他方の支持板４２との中間位置にオゾン化ガスを流出するための配管接続体のガス出口１２が、また、一方に支持板４１と他方の支持板４２とによって仕切られた領域の部位には冷却水用の配管接続体の冷却水入口１３と冷却水出口１４とがそれぞれ装着されている。さらに、胴部１の外面側の側板２１の付近には、電圧導入端子７２が装着されている。
【０００４】
図６（ａ）と図６（ｂ）には、それぞれ原料ガス入口側と原料ガス出口側のオゾン発生管の長手方向断面図を示す。この両図において、オゾン発生管は、円筒状をした接地側の金属管５１と、金属管５１の内面側にライニングによって形成されたガラス誘電体層５２と、誘電体層５２を含む接地電極５の内側にほぼ一様なギャップ長を持つ放電ギャップ５６を介して設置された高電圧電極６とで構成されている。オゾン発生管の接地電極５と高電圧電極６とには、耐オゾン性のあるステンレス鋼が用いられている。高電圧電極６の外面側下部の両端部付近には、周方向にほぼ一様なギャップ長とされた放電ギャップ５６を介して、高電圧電極６を接地電極５の内側に設置するための、突起体６１が形成されている。このオゾン発生管は、接地電極５の外面側でそれぞれの支持板４１、４２に形成されている貫通穴に嵌め込まれることで、支持板４１、４２を介して、筐体に支持されている。また、支持板４１、４２と接地電極５が接する部位には、冷却水のこの部位からの漏出を防止するために、図示されていないＯ―リングが装着されている。
【０００５】
また、前出の図５において、高周波電源７３からオゾナイザに供給される高周波電圧は、電圧導入端子７２からリード線７１とスタッドボルト７０を介してオゾン発生管の高電圧電極６に印加されている。高周波電源７３の他端は、接地電位点に接続されており、胴部１もこの接地電位に接続されている。接地電極５は、図示されていないリード線によって筐体と電気的に接続されることにより、接地電位に保持されている。また、オゾナイザに供給される冷却水には、工業用水が用いられており、ポンプ９２、熱交換器９３などから成る通常の工業用水供給系統から供給されている。
【０００６】
前記の例のような構成の従来のオゾナイザでは、次のような運転が行われている。まず、配管接続体のガス入口１１から供給された酸素を含む原料ガスは、側板２１側の接地電極５の開口から放電ギャップ５６に流れ込み、配管接続体のガス出口１２から流出される。配管接続体のガス出口１２の下流には図示されていない排気バルブが装着されており、この排気バルブの弁開度を調整することによって、オゾナイザ内の酸素を含む原料ガスは、その圧力を設定値、例えば１．７気圧に調節されている。このような圧力値を持つ酸素を含む原料ガスが通流されているオゾン発生管の接地電極５と高電圧電極６との間に、高周波電源７３から供給された高周波電圧を印加すると、無声放電が発生して酸素を含む原料ガスの一部がオゾン化される。
【０００７】
図７、８（ａ）と図８（ｂ）には、従来のオゾナイザの別の例として、本発明者らが出願中の特願平９−３１５３０６号明細書に記載されている両面冷却型のオゾナイザの構成図を示す。
これらの図が、図５、６（ａ）と図６（ｂ）の片面冷却型オゾナイザの構成図と異なる点は、高電圧電極６の両側面が閉塞されており、高電圧電極６に冷却パイプを接続して、その内部を冷却水が循環する構成になっており、冷却性能を強化した点である。その他の構造や電源、冷却系などの基本的な構成は同じであることから、これ以上の詳細な説明は省略する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術によるオゾナイザは、オゾン化ガスの供給に好適なオゾナイザである。このオゾナイザで大量のオゾンを発生するためには、原料ガス流量を増すことが必要であるが、流量の増大によって放電ギャップを通過する際の流体抵抗が増大し、オゾン発生管のガス入口とガス出口の圧力差が大きくなる。一般に、高電圧電極は接地電極内部に横向きに置いてあるので、圧力差が大きくなると高電圧電極がガス出口方向に移動するという現象があり、これが問題視されるようになってきている。発明者らの実験でも、放電ギャップ長が０．３ｍｍ、酸素ガス流量が４０Ｌ／分の条件で、高電圧電極が移動するという事実が確認されている。
【０００９】
高電圧電極が移動すると、高電圧電極端部と接地電極端部の距離が短くなり、ガラス誘電体層５２の表面で沿面放電が生じ易くなる。その結果、 沿面放電による過電流で高周波電源が停止したり、ガラスが破損したりすることになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
高電圧電極が差圧により原料ガスの出口方向に移動するという上記の問題点を解決するために、オゾナイザの構造に応じて、以下に述べる高電圧電極を支持するための２つの構造のいずれかを適用することとする。
第１の構造：内面側に誘電体層が形成され両端が開いている円筒状の接地電極、この接地電極の誘電体層の内側に空隙を介して同心円筒状に配置され、原料ガスの入口側に高電圧供給用のスタッドボルトを有する高電圧電極から成るオゾン発生管と、複数の前記オゾン発生管を内蔵する筐体とを備え、この筐体に設けた入口より酸素を含む原料ガスを供給し、この原料ガスをオゾン発生管の空隙を通過させて放電によりオゾンを生成し、筐体に設けた出口よりオゾンを取出すオゾナイザであって、接地電極の原料ガスの入口側の端面に接触した板状絶縁物でスタッドボルトを固定することにより、高電圧電極の差圧による移動を防止した構造とする。
【００１１】
第２の構造：内面側に誘電体層が形成され両端が開いている円筒状の接地電極、この接地電極の誘電体層の内側に空隙を介して同心円筒状に配置される高電圧電極から成るオゾン発生管と、複数の前記オゾン発生管を支持板にて支持して内蔵する筐体とを備え、この筐体に設けた入口より酸素を含む原料ガスを供給し、この原料ガスをオゾン発生管の空隙を通過させて放電によりオゾンを生成し、筐体に設けた出口よりオゾンを取出すオゾナイザであって、原料ガスの出口側の高電圧電極側面に絶縁物を接触させ、この絶縁物を接地電極を支持する原料ガス出口側の支持板に固定した治具あるいは接地電極に固定した治具で押えることにより、高電圧電極の差圧による移動を防止した構造とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。本発明のオゾナイザの基本構成は図５〜８の従来技術と同一であるから、以下の説明においては、オゾナイザおよびその周辺機器と同一部分には同じ符号を付け、その説明を省略する。
【００１３】
図１（ａ）〜（ｃ）は、内面側に誘電体層が形成され両端が開いている円筒状の接地電極と、接地電極の誘電体層の内側に空隙を介して同心円筒状に配置され、原料ガスの入口側に高電圧供給用のスタッドボルトを有し、原料ガスの出口側が開放形状である高電圧電極と、上記の接地電極と空隙と高電圧電極とから成るオゾン発生管と、このオゾン発生管を内蔵する筐体とを備え、酸素を含む原料ガスの放電によりオゾンを生成する片面冷却型オゾナイザにおいて、請求項１に対応する第１の構造を具体化した本発明の実施例である。
【００１４】
図１（ａ）には原料ガス入口側の電極長手方向の断面図、図１（ｂ）には原料ガス入口側の電極長手方向の側面図、図１（ｃ）には原料ガス入口側の正面図を示す。
図１で、板状の絶縁物１００は、接地電極５の端面に接触しており、この絶縁物１００の中をスタッドボルト７０が貫通し、 このスタッドボルト７０はナット１０１で絶縁物１００に押えられ固定されている。
【００１５】
板状の絶縁物１００は、例えばテフロンなど耐オゾン性を有する材質を用いる。形状は板状であり、寸法は幅１５ｍｍ、長さ９０ｍｍ、厚さ５ｍｍの程度である。絶縁物１００の向き（長手方向）は図１（ｃ）では上下方向であるが、回転していても良い。この状態で原料ガスを大量に流すと圧力差が生じるが、絶縁物１００が接地電極５の端面に引っかかっているので、高電圧電極６は移動することがない。
【００１６】
図２（ａ）〜（ｃ）は、上記の片面冷却型オゾナイザにおいて、請求項１に対応する第１の構造を具体化した本発明の他の実施例である。
図２（ａ）には原料ガス入口側の電極長手方向の断面図、図２（ｂ）には原料ガス入口側の電極長手方向の側面図、図２（ｃ）には原料ガス入口側の正面図を示す。
【００１７】
図２で、板状の絶縁物１００は、接地電極５の端面に接触しており、この絶縁物１００には、スタッドボルト７０の貫通する部分にスタッドボルト７０のネジ山に合うタップが立ててあるので、図１のようにナットが不要である。絶縁物１００の材質や形状は、図１の実施例と同じもので良い。
図３（ａ）〜（ｃ）は、内面側に誘電体層が形成され両端が開いている円筒状の接地電極と、接地電極の誘電体層の内側に空隙を介して同心円筒状に配置され、原料ガスの入口側に高電圧供給用のスタッドボルトを有し、原料ガスの出口側に冷却水循環パイプを有する高電圧電極と、上記の接地電極と空隙と高電圧電極とから成るオゾン発生管と、このオゾン発生管を内蔵する筐体とを備え、酸素を含む原料ガスの放電によりオゾンを生成する両面冷却型オゾナイザにおいて、請求項２に対応する第２の構造を具体化した本発明の実施例である。
【００１８】
図３（ａ）には原料ガス出口側の電極長手方向の断面図、図３（ｂ）には原料ガス出口側の電極長手方向の側面図、図３（ｃ）には原料ガス出口側の正面図を示す。
図３で、絶縁物１０２は高電圧電極６の側面に接触させ、治具１０３で押えている。治具１０３はネジ１０４を用いて、接地電極５を支持する支持板４２に固定する。絶縁物１０２の材料は耐オゾン性を有する、例えばテフロンを用いる。形状は丸棒でも良く、寸法は例えば、外径φ１０ｍｍ、長さ９０ｍｍの程度である。この状態で原料ガスを大量に流すと圧力差が生じるが、絶縁物１０２が支えとなり、高電圧電極６は移動することがない。
【００１９】
図４（ａ）〜（ｃ）は、上記の両面冷却型オゾナイザにおいて、請求項２に対応する第２の構造を具体化した本発明の他の実施例である。
図４（ａ）には原料ガス出口側の電極長手方向の断面図、図４（ｂ）には原料ガス出口側の電極長手方向の側面図、図４（ｃ）には原料ガス出口側の正面図を示す。
【００２０】
図４で、絶縁物１０２を高電圧電極６の側面に接触させ、 ガラス誘電体層５２の表面に置く。次にリング１０５を接地電極５の外周にかぶせ、治具１０６を挟み込んで固定する。最後に絶縁物１０２と治具１０６をネジ１０７で固定する。絶縁物１０２の材質や形状は、図３の実施例と同じもので良い。
また、高電圧電極の差圧による移動を防止した構造として、上記に４つの実施例を示したが、この他にも差圧に対抗する機械的な構造としては、適用可能な種々の方法が考えられる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明においては、前記の課題を解決するための手段の項で述べた構成とすることにより、次の効果が得られる。
第１の構造では、原料ガス入口側のスタッドボルト７０に絶縁物１００を貫通させ、接地電極５の端面に押えているので、原料ガス流量を増やしても圧力差により高電圧電極が移動することが無く、安定してオゾンを発生できる。
【００２２】
第２の構造では、原料ガス出口側の高電圧電極側面に絶縁物１０２を接触させ、接地電極を支持する支持板４２に固定した治具１０３あるいは接地電極５に固定した治具１０６で押えるので、原料ガス流量を増やしても圧力差により高電圧電極が移動することが無く、安定してオゾンを発生できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に対応する、本発明の第１の構造の実施例による電極端部の断面図。
【図２】請求項１に対応する、本発明の第１の構造の他の実施例による電極端部の断面図。
【図３】請求項２に対応する、本発明の第２の構造の実施例による電極端部の断面図。
【図４】請求項２に対応する、本発明の第２の構造の他の実施例による電極端部の断面図。
【図５】従来の片面冷却オゾナイザの構成図。
【図６】従来の片面冷却オゾン発生管の断面図。
【図７】従来の両面冷却オゾナイザの構成図。
【図８】従来の両面冷却オゾン発生管の断面図。
【符号の説明】
１： 胴部
３： 水ジャケット
５： 接地電極
６、６ａ： 高電圧電極
７： Ｏスタッドボルト
１１： ガス入口
１２： ガス出口
１３： 冷却水入口
１４： 冷却水出口
２１、２２： 側板
４１、４２： 支持板
５１： 金属管
５２： ガラス誘電体層
５６： 放電ギャップ
６１： 突起体
６９： ナット
７０： スタッドボルト
７１： リード線
７２： 電圧導入端子
７３： 高周波電源
８１、８２： パッキン
９１： 冷却配管
９２： ポンプ
９３： 熱交換器
９４： イオン交換器
９５、９６： マニホールド
９７： 絶縁チューブ
９８： 冷却パイプ
１００、１０２： 絶縁物
１０１： ナット
１０３、１０６： 治具
１０４、１０７： ネジ
１０５： リング

Claims (2)

1. 内面側に誘電体層が形成され両端が開いている円筒状の接地電極、この接地電極の誘電体層の内側に空隙を介して同心円筒状に配置され、原料ガスの入口側に高電圧供給用のスタッドボルトを有する高電圧電極から成るオゾン発生管と、複数の前記オゾン発生管を内蔵する筐体とを備え、この筐体に設けた入口より酸素を含む原料ガスを供給し、この原料ガスをオゾン発生管の空隙を通過させて放電によりオゾンを生成し、筐体に設けた出口よりオゾンを取出すオゾナイザであって、
   接地電極の原料ガスの入口側の端面に接触した板状絶縁物でスタッドボルトを固定することにより、高電圧電極の差圧による移動を防止することを特徴とするオゾナイザ。
2. 内面側に誘電体層が形成され両端が開いている円筒状の接地電極、この接地電極の誘電体層の内側に空隙を介して同心円筒状に配置される高電圧電極から成るオゾン発生管と、複数の前記オゾン発生管を支持板にて支持して内蔵する筐体とを備え、この筐体に設けた入口より酸素を含む原料ガスを供給し、この原料ガスをオゾン発生管の空隙を通過させて放電によりオゾンを生成し、筐体に設けた出口よりオゾンを取出すオゾナイザであって、
   原料ガスの出口側の高電圧電極側面に絶縁物を接触させ、この絶縁物を接地電極を支持する原料ガス出口側の支持板に固定した治具あるいは接地電極に固定した治具で押えることにより、高電圧電極の差圧による移動を防止することを特徴とするオゾナイザ。

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