JP4261324B2 - オゾナイザ - Google Patents

Description

本発明は、放電によりオゾンを発生させるオゾナイザに関する。

高電圧電極と接地電極とを有する放電素子を備え、高電圧電極と接地電極との間に高電圧を印加することによりこれらの高電圧電極と接地電極との間で放電（沿面放電又は無声放電）を生じさせ、この放電によりオゾンを発生させるオゾナイザでは、放電に伴って窒素酸化物が発生し、この窒素酸化物が大気中に存在するアンモニアと反応することにより硝酸アンモニウムが生成される。硝酸アンモニウムは、乾燥状態では絶縁性を有するが、水分を吸湿すると電解質になり、導電性が高くなる。

このため、放電に伴って生成された硝酸アンモニウムが放電素子や放電素子を収容する筐体などに付着し、付着した硝酸アンモニウムが大気中の水分を吸湿して電解質になると、この電解質によって放電素子や筐体の絶縁部分の表面が導通され、放電電極と接地電極との間の放電性能が低下してオゾン発生量が低減するという問題が生じる。

そこで、硝酸アンモニウムの付着が原因となるオゾン発生量の低減を防止するため、放電素子に付着した硝酸アンモニウムをヒータを用いて加熱分解する発明が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開平５−１６６５７８号公報 特開２００２−３７３７６０公報

しかし、放電素子は放電に伴う発熱により加熱されるため、新たにヒータを設けなくても放電素子に付着した硝酸アンモニウムは放電時の熱で加熱分解される。つまり、放電素子を加熱するためのヒータを設ける必要性は小さい。

これに対し、筐体の絶縁部分に付着した硝酸アンモニウムは放電時の熱により加熱分解されることはない。このため、筐体の絶縁部分に付着した硝酸アンモニウムが大気中の水分を吸湿して電解質になると、放電素子の高電圧電極に接続されている高電圧電極端子と接地されている筐体との間で短絡（アーク放電）が発生しやすくなる。

高電圧電極端子と筐体との間で短絡が生じると、オゾン発生量が著しく低下する。その理由は、オゾナイザは、高電圧電極と接地電極との間での放電により最も効率よくオゾンを発生するように設計されているため、設計外の場所で短絡が生じることにより高電圧電極と接地電極との間での放電が少なくなるためである。

また、短絡の発生に伴って設計想定外の過大な電流が流れることがあり、過大な電流が流れることによって電源が故障する場合がある。

また、短絡が生じた箇所は異常高温となるため、短絡の発生により高電圧電極端子や筐体が溶融する場合がある。

本発明の目的は、筐体内に収容された放電素子の高電圧電極に接続される高電圧電極端子と筐体との間の短絡を防止し、オゾン発生性能の維持を図ることである。

請求項１記載の発明のオゾナイザは、高電圧電極と接地電極とを有し、これらの高電圧電極と接地電極との間に高電圧が印加されることにより放電が行われる放電素子と、前記放電素子を収容し、収容した前記放電素子の周囲に原料ガスが流れる原料ガス流路が形成された筐体と、前記筐体内に位置付けられ、前記接地電極に接続される接地電極端子を支持する第１の絶縁部材と、前記第１の絶縁部材よりも一段下げて前記筐体内に位置付けられ、前記高電圧電極に接続される高電圧電極端子を支持する原料ガスの流れ方向の最上流側の第２の絶縁部材と、前記第１の絶縁部材と前記第２の絶縁部材とが形成する段差部分に設けられ、前記筐体内へ原料ガスが導入される原料ガス導入口と、を具備する。

したがって、オゾナイザでは、高電圧電極と接地電極との間の放電によりオゾンが発生するとともに窒素酸化物が生じ、その窒素酸化物が空気中のアンモニアと反応して硝酸アンモニウムが生じる。しかし、絶縁部材における高電圧電極端子が支持されている箇所の周囲に原料ガス導入口を設けることにより、絶縁部材における高電圧電極端子が支持されている箇所の周囲は原料ガスの流れ方向の最上流側となり、硝酸アンモニウムが存在しない領域となるので、高電圧電極端子を支持する絶縁部材への硝酸アンモニウムの付着が防止され、付着した硝酸アンモニウムが水分を吸収して電解質となるために発生する筐体の一部である絶縁部材と高電圧電極端子との間の短絡が防止される。これにより、高電圧電極と接地電極との間の放電が良好に行われてオゾン発生性能が良好に維持される。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のオゾナイザにおいて、前記放電素子は、沿面放電が行われる素子である。

したがって、沿面放電が行われる放電素子を用いたオゾナイザにおいて、請求項１の発明と同じ作用を奏することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のオゾナイザにおいて、前記放電素子は、無声放電が行われる素子である。

したがって、無声放電が行われる放電素子を用いたオゾナイザにおいて、請求項１の発明と同じ作用を奏することができる。

請求項１記載の発明によれば、絶縁部材における高電圧電極端子が支持されている箇所の周囲では硝酸アンモニウムが存在しないので、高電圧電極端子を支持する絶縁部材への硝酸アンモニウムの付着が防止され、付着した硝酸アンモニウムが水分を吸収して電解質となるために発生する筐体の一部である絶縁部材と高電圧電極端子との間の短絡を防止でき、高電圧電極と接地電極との間の放電を良好に行わせてオゾン発生性能を良好に維持することができる。

請求項２記載の発明によれば、沿面放電が行われる放電素子を用いたオゾナイザにおいて、請求項１の発明と同じ効果を奏することができる。

請求項３記載の発明によれば、無声放電が行われる放電素子を用いたオゾナイザにおいて、請求項１の発明と同じ効果を奏することができる。

本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、オゾナイザの全体構造を示す縦断正面図である。このオゾナイザ１は、放電素子２と、放電素子２を収容する筐体３とを有し、筐体３内には、オゾンを発生させるための原料ガスである空気が放電素子２の周囲を流れる原料ガス流路４が形成されている。原料ガス流路４の出口側にはファン５が設けられ、ファン５が駆動されることによって原料ガス導入口４ａから筐体３内へ空気が導入され、導入された空気は原料ガス流路４内を矢印方向に流れ、出口側（ファン５の設置箇所）から筐体３外に放出される。なお、筐体３外に放出される空気中には、放電素子２での放電により生成されたオゾンが多量に含まれている。

図２は、放電素子２の構造を示す縦断正面図である。放電素子２は、筒状の誘電体であるガラス管６と、このガラス管６の外周面に巻き付けられた高電圧電極７と、ガラス管６の内周面に接触して設けられた接地電極８とを有する。

高電圧電極７は、ステンレス製の帯状金網を螺旋状に巻き付けたものであり、その一端がガラス管６の一端側において熱収縮性の固定チューブ９で固定され、他端がガラス管６の他端側において熱収縮性の固定チューブ１０で固定されている。高電圧電極７の他端側は、固定チューブ１０で固定された後に固定チューブ１０の外周部へ折り返され、この折り返し部分が後述する高電圧電極端子１１に接続されている。

接地電極８は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニール等により形成された樹脂製の丸棒１２の周りにステンレス製の金網を巻き付けて形成されており、その一部が熱収縮性の固定チューブ１３で固定され、丸棒１２と共にガラス管６内に圧入されている。そして、接地電極８を巻き付けた丸棒１２をガラス管６内に圧入した後、この丸棒１２を接地電極８の巻き付け方向と逆方向へ回すことにより、巻き付けられている接地電極８が広がってガラス管６の内周面に対して圧接状態になっている。

筐体３の底面部分には絶縁部材１４が設けられ、高圧電源１５に接続された高電圧電極端子１１と接地電極端子１６とが絶縁部材１４に支持されている。これらの高電圧電極端子１１と接地電極端子１６とはともに筐体３内に位置付けられ、高電圧電極端子１１と接地電極端子１６との先端部はそれぞれクランプ形状に形成され、高電圧電極７と接地電極８とをクランプして放電素子２を保持する構造となっている。

絶縁部材１４の一部には段差部分が形成され、この段差部分であって他の部分より一段下がった箇所１４ａに高電圧電極端子１１が支持されている。そして、この段差部分における一段下がった箇所１４ａの周囲に、複数の原料ガス導入口４ａが形成されている。

このような構成において、放電素子２を筐体３内に配置するとともに放電素子２を高電圧電極端子１１と接地電極端子１６とで保持し、高圧電源１５に接続する。そして、ファン５を駆動させて筐体３内の原料ガス流路４内に空気を導入しながら高圧電源１５をオンにし、高電圧電極７と接地電極８との間に高電圧を印加する。これにより、ガラス管６の外周面であって高電圧電極７の周囲で沿面放電が発生し、原料ガス流路４内を流れる空気中の酸素からオゾンが生成され、生成されたオゾンはファン５により送風される空気の流れに乗って筐体３外に放出される。

オゾン生成のために沿面放電が行われることにより、同時に窒素酸化物も生成され、この窒素酸化物が空気中のアンモニアと反応して硝酸アンモニウムが生成される。生成された硝酸アンモニウムは、生成された箇所の周辺の部材、例えば、放電素子２の表面、絶縁部材１４の表面、筐体３の内周面に付着する。なお、硝酸アンモニウムは、既に説明したように、乾燥している状態では絶縁性を有し、空気中の水分を吸湿すると電解質となり、導電性が高くなる。

生成された硝酸アンモニウムが放電素子２の表面に付着した場合、その硝酸アンモニウムは放電時の熱により加熱分解される。このため、放電素子２の表面に硝酸アンモニウムが付着しても、その硝酸アンモニウムがオゾン生成のための沿面放電に対して不都合を生じるということはない。

生成された硝酸アンモニウムが筐体３の内周面（絶縁部材１４における高電圧電極端子１１が支持されている一段下がった箇所１４ａであって原料ガス導入口４ａに囲まれている範囲内を除く）に付着した場合、その部分は高電圧電極端子１１からの距離が離れており、付着した硝酸アンモニウムが空気中の水分を吸湿して電解質になったとしても、高電圧電極端子１１との間で短絡は発生しにくい。このため、筐体３の内周面（絶縁部材１４における高電圧電極端子１１が支持されている一段下がった箇所１４ａであって原料ガス導入口４ａの囲まれている範囲内を除く）に硝酸アンモニウムが付着しても、その硝酸アンモニウムがオゾン生成のための沿面放電に対して不都合を生じるということはない。

絶縁部材１４における高電圧電極端子１１が支持されている一段下がった箇所１４ａの領域においては、この領域に硝酸アンモニウムが付着して吸湿により電解質になると、高電圧電極端子１１との間で短絡を生じやすくなり、オゾン発生性能の著しい低下を招く。しかし、絶縁部材１４における高電圧電極端子１１が支持されている一段下がった箇所１４ａの周囲に原料ガス導入口４ａが形成されており、この高電圧電極端子１１が支持されている一段下がった箇所１４ａの周囲は原料ガスの流れ方向の最上流側となり、放電により生成される窒素酸化物が存在せず、このため、窒素酸化物と空気中の繁茂にアとが反応して生成される硝酸アンモニウムも存在しない。このため、絶縁部材１４における高電圧電極端子１１を支持する一段下がった箇所１４ａへの硝酸アンモニウムの付着が防止され、付着した硝酸アンモニウムが水分を吸収して電解質となるために発生する高電圧電極端子１１と筐体３の一部である絶縁部材１４との間の短絡が防止される。これにより、高電圧電極７と接地電極８との間での沿面放電が良好に行われ、オゾン発生性能が良好に維持される。

なお、本実施の形態では、接地電極８として丸棒１２の外周にステンレス製の金網を巻き付けて形成したものを例に挙げて説明したが、このような金網に代えて、真空蒸着又はスパッタリング又は導電塗料の塗布によりガラス管６の内周面に接地電極を形成してもよい。このような方式で接地電極を形成した場合には、接地電極と接地電極端子１６とに接続される導電部を外周面に形成した樹脂製の丸棒などをガラス管６内に圧入し、この接地電極と接地電極端子１６とを導電部によって接続する。

また、上述した実施の形態では、筒状の誘電体としてガラス管６を用いた場合を例に挙げて説明したが、筒状の誘電体としてはガラス管６に代えてセラミックパイプを用いてもよい。

また、上述した実施の形態の放電素子２は、高電圧電極７と接地電極８との間で沿面放電を行う形式のものを例に挙げて説明したが、高電圧電極と接地電極との間で無声放電を行う方式の放電素子を用いてもよい。無声放電は、高電圧電極と接地電極との間に誘電体を介在させて行う方式の放電であり、この場合の電圧電極と接地電極とは、上述した実施の形態で説明した高電圧電極端子１１と接地電極端子１６とを用いて高圧電源１５に接続することができる。

本発明の一実施の形態のオゾナイザを示す縦断正面図である。 放電素子を示す縦断正面図である。

符号の説明

２ 放電素子
３ 筐体
４ 原料ガス流路
４ａ 原料ガス導入口
７ 高電圧電極
８ 接地電極
１１ 高電圧電極端子
１４ 絶縁部材

Claims (3)

1. 高電圧電極と接地電極とを有し、これらの高電圧電極と接地電極との間に高電圧が印加されることにより放電が行われる放電素子と、
   前記放電素子を収容し、収容した前記放電素子の周囲に原料ガスが流れる原料ガス流路が形成された筐体と、
   前記筐体内に位置付けられ、前記接地電極に接続される接地電極端子を支持する第１の絶縁部材と、
   前記第１の絶縁部材よりも一段下げて前記筐体内に位置付けられ、前記高電圧電極に接続される高電圧電極端子を支持する原料ガスの流れ方向の最上流側の第２の絶縁部材と、
   前記第１の絶縁部材と前記第２の絶縁部材とが形成する段差部分に設けられ、前記筐体内へ原料ガスが導入される原料ガス導入口と、
   を具備するオゾナイザ。
2. 前記放電素子は、沿面放電が行われる素子である請求項１記載のオゾナイザ。
3. 前記放電素子は、無声放電が行われる素子である請求項１記載のオゾナイザ。

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