JP4681896B2 - オゾン生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、オゾン水生成装置等のオゾンガス生成源に使用されるオゾン生成装置に関する。

従来から、殺菌装置、脱臭装置、漂白装置、浄水装置等にはオゾンガスが広く利用されている。
オゾンガスを生成するには、放電装置の放電電極を使用し、酸素ガスを、放電電極を備えた放電領域内の放電ビームの中を通過するように供給することにより、酸素をオゾン化させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。このとき、適切な濃度の酸素ガスを放電ビーム中を一定時間かけて通過するように供給すると、酸素ガスを良好にオゾン化できる。
特開平８−２８３００５号公報

ここで、従来のオゾン生成装置には、次のような解決すべき課題があった。
上記の装置で、酸素ガスの濃度や流速が過剰な場合には、十分にオゾン化しないガスが排出される。しかし、適切な濃度の酸素ガスを、放電ビーム中を一定時間かけて通過するように流量調整することは容易でない。

一方、本発明者は、セラミック製の絶縁基板の表面に編み目状に形成された平板電極に高電圧を印加すると、電極直上の広い領域に安定した放電ビームが形成され、その放電ビーム中を均一に酸素ガスが流れるよう制御すると、効率よくオゾンを生成できることを見い出した。

本発明は、上記の点に着目してなされたもので、均一で高濃度のオゾンを安定して生成することができるオゾン生成装置を提供することを目的とする。

本発明の実施例においては、それぞれ次のような構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
導体プレートと、上記導体プレート上に、絶縁基板を介して配置された扁平な放電電極と、上記放電電極の周囲を取り囲むように上記導体プレート上に配置された枠体と、上記枠体上に配置され、上記放電電極の一面上に扁平な放電領域を形成する、透明板材からなる蓋体と、上記蓋体と上記導体プレートとの間の、上記枠体の内周側に配設され、かつ酸素発生部に接続されて酸素を上記放電領域内に送り込む給気ノズルと、上記蓋体と上記導体プレートとの間の、上記枠体の内周側に配設され、かつ上記放電領域内で生成されたオゾンを上記放電領域内から所定の外部領域に向けて排出する排気ノズルと、上記放電領域内の上記放電電極に接触するように配設された電極ピンと、上記導体プレート、上記枠体及び上記蓋体を密着固定する締付け部材とを備えたことを特徴とするオゾン生成装置。

使用時に、透明蓋体を通じて、放電ビームによる熱線が放電領域全体から外部に放射される。故に、不透明な蓋を設けた場合に比べて著しく冷却効果が高まるという効果がある。また、放電状態が外部から透視観測でき、健全性のチェックが容易である。また、枠体や蓋体を導体プレート上に重ね合わせるときに、透明板材からなる蓋体を透視して導体プレート上の放電電極を目視しながら組立て作業ができるので、絶縁基板や放電電極その他の部品の衝突による破損を防止できるという、作業性改善の効果もある。また、放電領域内で結露が生じると放電が不安定になるが、蓋体が透明なので、内部で結露が生じているかを確認できる。ガスの流入流出口がコンパクトに確実に取付けられるから、全体として、十分に小型化ができる。

〈構成２〉
構成１に記載のオゾン生成装置において、上記蓋体を、透明ガラス板により構成したことを特徴とするオゾン生成装置。

蓋体全体を透明ガラス板にすると、放電電極が広く開放されて、熱放射による冷却効果が最大になる。また、蓋体として透明ガラス板を使用すると、枠体との密着性がよいので、気密な放電領域が容易に得られる。

〈構成３〉
構成１又は２に記載のオゾン生成装置において、上記蓋体の上面の外縁部に保護板が配設され、上記保護板の上から上記締付け部材が取付けられていることを特徴とするオゾン生成装置。

保護板を配設することにより、透明板材からなる蓋体が締付け部材による締付け力で破損することを防止できる。

〈構成４〉
構成１ないし３のいずれかに記載のオゾン生成装置において、上記給気ノズル及び上記排気ノズルは、軸心に中心孔が設けられた小径円筒部と、この小径円筒部に連なり、かつ、外周面に、上記小径円筒部の中心孔に通じる複数の横孔が放射状に設けられた大径円筒部とから構成され、上記小径円筒部が上記蓋体を貫通して外部に露出するように取付けられていることを特徴とするオゾン生成装置。

給気ノズルの大径円筒部の複数の横孔から放射方向に噴出した酸素ガスが放電領域内を乱流状態で複雑に流れ攪拌される。従って扁平な放電領域内を万遍なく酸素ガスが流れて、均一で高濃度のオゾンを効率よく生成することができる。
吸気ノズルと排気ノズルの各小径円筒部は、蓋体を貫通して外部に引き出されていることから、放電領域のサイズにかかわりなくガスの流量に応じて太さを自由に調節できる。

〈構成５〉
構成４に記載のオゾン生成装置において、上記大径円筒部の上端面が上記蓋体に対して気密に当接していることを特徴とするオゾン生成装置。

前記大径円筒部の上端面が蓋体に対して気密に当接し放電領域内の気密性を保持できる。オゾン雰囲気では、接着剤を使用することができないが、絶縁基板が給気ノズル及び排気ノズルの大径円筒部によって気密に当接されるため、接着剤なしでも絶縁基板を導体プレートに固定できる。

〈構成６〉
構成１ないし５のいずれかに記載のオゾン生成装置において、上記電極ピンは、上記放電電極に導体コイルばねを介して当接され、耐オゾン性材料からなる保持体により保持され、上記保持体は、小径円筒部と、この小径円筒部に連なる大径円筒部とから構成され、かつ、上記大径円筒部の両端面が上記締付け部材の締付け力によって、それぞれ上記蓋体と上記絶縁基板に気密に当接したものであることを特徴とするオゾン生成装置。

電極ピンと導体コイルばねが保持体によってオゾンによる腐食から保護され、保持体の両端面がそれぞれ蓋体と絶縁基板に対して気密に当接していることから、放電領域内の気密性が保持される。

〈構成７〉
構成１ないし６のいずれかに記載のオゾン生成装置において、上記導体プレートの下面にヒートシンクを配設したことを特徴とするオゾン生成装置。

放熱効果が良好であり、全体構成を小型化できる。

〈構成８〉
構成１ないし７のいずれかに記載のオゾン生成装置において、上記蓋体はガラスにより構成され、上記導体プレートはステンレス鋼により構成され、上記絶縁基板はセラミックにより構成され、上記枠体、上記給気ノズル及び排気ノズルと上記保持体は、それぞれ耐オゾン性樹脂により構成されていることを特徴とするオゾン生成装置。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は実施例１のオゾン生成装置を示す斜視図である。図２は同装置を分解して示す展開図である。
図１及び図２において、実施例１のオゾン生成装置１２は、導体プレート１４と、導体プレート１４上に絶縁基板１６を介して配置された放電電極１８と、導体プレート１４上に、放電電極１８の周囲を取り囲むように、配置された枠体２０と、枠体２０上に配置された、透明ガラス板からなる蓋体２４と、蓋体２４と導体プレート１４との間の、枠体２０の内周側に配設された給気ノズル２８及び排気ノズル３０と、放電領域２２内の放電電極１８に接触するように配設された電極ピン４２と、導体プレート１４、枠体２０及び蓋体２４を密着固定する締付ボルトのような締付け部材５０とを備えている。

給気ノズル２８には酸素発生部５４が接続されている。排気ノズル３０にはオゾン水生成部５６が接続されている。導体プレート１４の下部には、放熱効果を良好にするヒートシンク５２が配設されている。ヒートシンク５２、導体プレート１４、枠体２０、蓋体２２及び保護板２６の各周縁に、それぞれ締付ボルト５０を通す多数の貫通孔２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ、２７Ｅが設けられている。これらの貫通孔２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ、２７Ｅは、各部品に上下に対応して設けられている。

導体プレート１４は、耐オゾン性材料であるステンレス鋼により、肉厚が１０ｍｍ程度の平板に形成されたものである。絶縁基板１６は、肉厚が１ｍｍ程度のセラミック板からなる。枠体２０は、耐オゾン性のＰＴＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）により、高さが４ｍｍ程度で、放電電極１８の周囲を取り囲む四辺形に形成されている。

蓋体２４は、肉厚が５ｍｍ程度のガラス板あるいは耐オゾン性の透明樹脂板からなり、放電電極１８全体を外部から透視できる面積を有している。また、蓋体２４は、放電電極１８の発生する放電ビームの、最大高さ以下の位置に配置されている。蓋体２４の所定位置に、給気ノズル２８、排気ノズル３０を取付けるための貫通孔３２Ａ、３２Ｂと電極ピン４２を取付けるための貫通孔３２Ｃが設けられている。放電電極１８全体を外部から透視できる面積を有しているから、放電電極１８面上で発生した熱線が、蓋体２４で反射することなく外部へ放出される。放熱の効果を考慮すると、蓋体２４の透明部分の面積は、少なくとも放電電極１８面の面積以上であることが好ましい。

放電電極１８は、エッチングやスパッタリングで形成された網状の電気良導体からなり、セラミック製の絶縁基板１６に嵌め込んで形成されている。導体プレート１４の上面に絶縁基板１６を介して配置された放電電極１８の上方には、約１〜２ｍｍの高さの扁平空間をなす放電領域２２が形成されている。放電領域２２は、放電電極１８を支持する絶縁基板１６と、放電電極１８の周囲を包囲する枠体２０と、枠体２０上面を閉塞する蓋体２４とから形成されている。枠体２０の高さは放電領域２２の高さを形成することになる。保護板２６は、肉厚１ｍｍ程度のステンレス板からなり、コ字型に形成されている。２枚のコ字型部片が対向配置されて使用される。

図３は、導体プレート１４上における給気ノズル２８、排気ノズル３０及び電極ピン４２の配置状況を示す斜視図である。
図３に示すように、絶縁基板１６及び放電電極１８は導体プレート１４のほぼ中央部に配置されている。給気ノズル２８と排気ノズル３０は、絶縁基板１６上の放電電極１８の両側に配置され上方に突出している。電極ピン４２は、放電電極１８のコーナ部に配置され上方に突出している。

図４は給気ノズル２８又は排気ノズル３０を示す斜視図、図５は同ノズルの取付け状況を示す縦断面図である。
給気ノズル２８と排気ノズル３０とは、同一の構成をなしている。すなわち、給気ノズル２８又は排気ノズル３０は、図４に示すように、ＰＴＦＡにより、小径円筒部３６Ａと、この小径円筒部３６Ａに連なる大径円筒部３６Ｂとを形成したものである。小径円筒部３６Ａの軸心には、中心孔３４が設けられている。大径円筒部３６Ｂの外周面には、小径円筒部３６Ａの中心孔３４に通じる複数の横孔４０が放射状に設けられている。なお、この横穴は、必ずしも全周方向に等間隔で配置される必要は無い。放射状に、適当な数だけ設けられていればよい。

給気ノズル２８及び排気ノズル３０は、図５に示すようにして取付けられている。
すなわち、給気ノズル２８は、その大径円筒部３６Ｂが放電領域２２内の絶縁基板１６上に配置され、小径円筒部３６Ａが蓋体２４の貫通孔３２Ａ（図２）に嵌入されている。排気ノズル３０は、その大径円筒部３６Ｂが放電領域２２内の絶縁基板１６上に配置され、小径円筒部３６Ａが蓋体２４の貫通孔３２Ｂ（図２）に嵌入されている。

給気ノズル２８又は排気ノズル３０の各大径円筒部３６Ａ又は３６Ｂの上端面は、締付け部材５０の締付け力によって蓋体２４に対して気密に当接している。
オゾン雰囲気では、接着剤を使用することができないが、絶縁基板１６が給気ノズル２８又は排気ノズル３０の各大径円筒部３６Ａ又は３６Ｂによって気密に当接されるため、接着剤なしでも導体プレート１４に固着されている。これにより、給気ノズル２８や排気ノズル３０周りを十分に気密に保持することができる。しかも、組み立て工程が非常に簡単になるという効果もある。

図６は電極ピン４２を示す斜視図、図７は同電極ピン４２の取付け状況を示す縦断面図である。
電極ピン４２は、図６、図７に示すように、Ｔ型の導体棒４３と導体コイルばね４８を連結したものをＰＴＦＡからなる保持体４４で包覆したものである。導体コイルばね４８の一端は、放電電極１８に接触し、他端は、導体棒４３の下端部４３Ａを、保持体４４に対して常時ばね力で押し当てている。保持体４４は、小径円筒部４４Ａと、この小径円筒部に連なる大径円筒部４４Ｂとから構成されている。

大径円筒部４４Ｂの高さは、給気ノズル２８の大径円筒部３６Ｂの高さとほぼ同一とされ、放電領域２２高さを構成する。また保持体４４の大径円筒部４４Ｂの両端面は、締付け部材５０の締付け力によって、それぞれ蓋体２４と放電電極１８に対して気密に当接している。従って、放電領域内の気密性が保持されると共に、電極ピン４２の導体棒４３と導体コイルばね４８が保持体４４によってオゾンによる腐食から保護される。

ヒートシンク５２、導体プレート１４、絶縁基板１６、放電電極１８、枠体２０、蓋体２２及び保護板２６は、各部の周縁にそれぞれ設けられた多数の貫通孔２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ、２７Ｅに締付ボルト５０を通して締付けることにより、一体的に固定されている。この締付け力によって、各部品の接触面がシールされて放電領域２２内の気密も保持されている。蓋体２４がガラス製の場合は、保護板２６を介して締付けられることによってガラス破損を防止できる。
締付け部材５０としては、締付ボルトを使用することが望ましいが、各部品を密着固定するものであれば、締付ボルトに限定されるものではない。

電極ピン４２は、高圧電源の正極に接続されたターミナル（図示せず）の下端と電気的に接触する。導体プレート１４は高圧電源の負極に接続する。こうして、放電電極１８の上方の空間にコロナ放電を発生させる。導体プレート１４の下面には取付けたヒートシンク５２により放電による温度上昇を抑える。水冷でも空冷でもよい。

給気ノズル２８から供給された酸素は、横孔４０を通じて放電領域２２に進入し、絶縁基板１６の上を通過して排気ノズル３０に達する。このとき、放電領域２２のほぼ全体にわたって、絶縁基板１６上の放電電極１８によるコロナ放電が生じていると、放電領域２２を通過する酸素は効率よくオゾン化される。

図８は既存のオゾン生成装置の放電領域内におけるガスの流れを示す説明図、図９は本発明による装置の放電領域内におけるガスの流れを示す説明図である。
図８に示すように、放電領域２２に対して給気ノズル５８と排気ノズル６０とを直線的に対向させて配置した場合は、給気ノズル５８から送出された酸素ガスの流れ６２は、排気ノズル６０に向って層流となる。この流れ６２は十分な広がりがなく、放電領域２２内の放電ビーム中を通過する時間が短くなる。このため、放電領域２２内で、酸素ガスの濃い部分と薄い部分とができる。

これに対して本発明では図９に示すように、給気ノズル２８の大径円筒部の複数の横孔から酸素ガスが放射方向に噴出することにより、扁平な放電領域２２中で酸素ガスの流れ６２に乱流が発生する。酸素ガスは、乱流発生により、放電領域２２内部を複雑に流れ、全体として攪拌される。すなわち、酸素ガスは、吸気ノズル２８から排気ノズル３０に向って扁平空間を万遍なく流れる。従って扁平な放電領域２２内を万遍なく酸素ガスが流れて、効率よくオゾンを生成できる。

また本発明の構成とすることによって、透明ガラスの蓋体２４を通じて、放電領域２２内の放電ビームによる熱線が外部に放射されて冷却効果が高まる。不透明な蓋体２４を使用した場合に比べて効率が向上する。また、蓋体２４が透明であれば、蓋体２４を所定位置に配置するときに枠体２０を目視しながらセラミック製の絶縁基板１６の上に組立て作業ができるので、絶縁基板１６等の破損を防止できるという作業性改善の効果がある。

実験によれば、不透明な蓋体２４を使用し、かつ、図８に示すように酸素ガスを側壁から対向する側壁に向って供給する既存のオゾン生成装置に比べて、本発明によるオゾン生成装置ではオゾン収率が１７ポイントアップしたことが判明した。

実施例１のオゾン生成装置を示す斜視図。 同装置の展開図。 同装置の給気ノズル、排気ノズル及び電極ピンの配置状況を示す斜視図。 同装置の給気ノズル又は排気ノズルを示す斜視図。 同ノズルの取付け状況を示す縦断面図。 同装置の電極ピンを示す斜視図。 同電極ピンの取付け状況を示す縦断面図。 既存のオゾン生成装置の放電領域内におけるガスの流れを示す説明図。 本発明による装置の放電領域内におけるガスの流れを示す説明図。

符号の説明

１４ 導体プレート
１６ 絶縁基板
１８ 放電電極
２０ 枠体
２２ 放電領域
２４ 蓋体
２６ 保護板
２７Ａないし２７Ｅ 貫通孔
２８ 給気ノズル
３０ 排気ノズル
３２Ａないし３２Ｃ 貫通孔
３４ 中心孔
３６Ａ 小径円筒部
３６Ｂ 大径円筒部
４０ 横孔
４２ 電極ピン
５０ 締付け部材
５２ ヒートシンク
５４ 酸素発生部
５６ オゾン水生成部

Claims (7)

1. 導体プレートと、
   前記導体プレート上に、絶縁基板を介して配置された扁平な放電電極と、
   前記放電電極の周囲を取り囲むように前記導体プレート上に配置された枠体と、
   前記枠体上に配置され、前記放電電極の一面上に扁平な放電領域を形成する、透明板材からなる蓋体と、
   前記蓋体と前記導体プレートとの間の、前記枠体の内周側に配設され、かつ酸素発生部に接続されて酸素を前記放電領域内に送り込む給気ノズルと、
   前記蓋体と前記導体プレートとの間の、前記枠体の内周側に配設され、かつ前記放電領域内で生成されたオゾンを前記放電領域内から所定の外部領域に向けて排出する排気ノズルと、
   前記放電領域内の前記放電電極に接触するように配設された電極ピンと、
   前記導体プレート、前記枠体及び前記蓋体を密着固定する締付け部材とを備え、
   前記給気ノズル及び前記排気ノズルは、軸心に中心孔が設けられた小径円筒部と、この小径円筒部に連なり、かつ、外周面に、前記小径円筒部の中心孔に通じる複数の横孔が放射状に設けられた大径円筒部とから構成され、前記小径円筒部が前記蓋体を貫通して外部に露出するように取付けられていることを特徴とするオゾン生成装置。
2. 請求項１に記載のオゾン生成装置において、
   前記蓋体を、透明ガラス板により構成したことを特徴とするオゾン生成装置。
3. 請求項１又は２に記載のオゾン生成装置において、
   前記蓋体の上面の外縁部に保護板が配設され、前記保護板の上から前記締付け部材が取付けられていることを特徴とするオゾン生成装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のオゾン生成装置において、
   前記大径円筒部の上端面が前記蓋体に対して気密に当接していることを特徴とするオゾン生成装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のオゾン生成装置において、
   前記電極ピンは、前記放電電極に導体コイルばねを介して当接され、耐オゾン性材料からなる保持体により保持され、
   前記保持体は、小径円筒部と、この小径円筒部に連なる大径円筒部とから構成され、かつ、前記大径円筒部の両端面が前記締付け部材の締付け力によって、それぞれ前記蓋体と前記絶縁基板に気密に当接したものであることを特徴とするオゾン生成装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のオゾン生成装置において、
   前記導体プレートの下面にヒートシンクを配設したことを特徴とするオゾン生成装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のオゾン生成装置において、
   前記蓋体はガラスにより構成され、
   前記導体プレートはステンレス鋼により構成され、
   前記絶縁基板はセラミックにより構成され、
   前記枠体、前記給気ノズル及び排気ノズルと前記保持体は、それぞれ耐オゾン性樹脂により構成されていることを特徴とするオゾン生成装置。

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