JP5180460B2

JP5180460B2 - オゾン発生装置

Info

Publication number: JP5180460B2
Application number: JP2006330312A
Authority: JP
Inventors: 智弘杉山
Original assignee: Metawater Co Ltd
Current assignee: Metawater Co Ltd
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2026-12-07
Also published as: JP2008143729A

Description

本発明は、水処理などに用いられるオゾンを得るためのオゾン発生装置に係り、生成されるオゾン濃度を高めること可能としたオゾン発生装置の構造に関する。

オゾンは、それが持つ殺菌・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。
図５は、かかるオゾンを生成するオゾン発生装置の従来の一例を示している。
図５において、オゾン発生装置を構成するオゾン発生管２０は、外面にガラスなどの誘電体層３をライニングした高電圧電極１、該高電圧電極１の外側に適切な放電空間４を介して並行に設置され、耐オゾン性ステンレス鋼から作られたチューブ状の接地電極２、該接地電極２の外側に配置されて冷却水６が流通する冷却水路７を外側から覆う筐体５、該筐体５及び前記接地電極２の両端部を固定し、放電空間４及び冷却水路７の両端側を覆蓋する面板５ａ，５ｂ等によって構成されている。なお、誘電体層３を接地電極２の内周面にライニングしたものもある。

このように構成されたオゾン発生管２０の放電空間４に、外部から一方の面板５ａに設けられた原料ガス入口８を通して原料ガス８ａを供給し、高電圧電極１と接地電極２との間に交流電源９で交流高電圧（例えば、周波数７０００Ｈｚ、ピーク電圧１１ｋＶの高周波電圧）を印加すると、当該放電空間４に発生する無声放電によりオゾンが生成される。放電空間４の上流側及び下流側の両端部には、それぞれガス溜り１５ａ及び１５ｂが形成されている。
そして、上記のようにして生成されたオゾンガス１０ａは、下流側のガス溜り１５ｂを経た後、他方の面板５ｂに設けられたオゾンガス出口１０から抽出されて使用先に搬送される。

上記オゾンの生成には、投入電力の５〜１０％程度に相当する量が充当され、残りの投入電力は熱となって生成オゾンを含むガス温度や接地電極２、高電圧電極１の温度を上昇させる。
オゾンは、温度が高くなるに従い分解しやすくなることから、オゾンを生成する放電空間４及びその近傍の温度が低いほど、オゾン発生管２０におけるオゾン発生効率が上昇する。
このように、放電空間４及びその近傍の温度を低くして、オゾン発生効率を高く保持するために、上記のように、接地電極２の外側と筐体５との間に冷却水６が流通する冷却水路７を設けて接地電極２を外側から冷却している。冷却水６は、筐体５の上流側に開口された冷却水入口６ａから冷却水路７に流入して接地電極２を外側から冷却した後、筐体５の下流側に開口された冷却水出口６ｂから排出される。

以上のような基本構成からなるオゾン発生管２０を、水処理施設などへ適用するにあたっては、図６に示すように、当該オゾン発生管２０を多数（この例では３個）、オゾン発生管収納容器を構成する筐体５内に、図示のように並列に設置して（または直列に設置してもよい）、大量のオゾンを生成するようにしている。
図６に示されるオゾン発生管２０を多数設置する場合には、冷却水６は、各オゾン発生管２０の外側に形成される冷却水路７を流れて各オゾン発生器２０を冷却する構造が採られている。
図６において、図５と同一部材は同一の符号で示されている。

また、特許文献１（特開２００５−２４７６４７号公報）には、対向して配置された電極と該電極の少なくとも一方に誘電体を配置し、前記電極のいずれか一方の電極長さを、電極端面での沿面放電の発生を防止できるように他方の電極長さよりも長くした構成であって、その電極間に酸素を含む原料ガスを供給しながら交流電圧を印加することにより放電を発生させる電極構造を有するオゾン発生管と、このオゾン発生管を内蔵する筐体とを備え、オゾン化ガス側の空間に、該オゾン化ガス側空間の容積を低減する手段を設けたオゾン発生装置が開示されている。
特開２００５−２４７６４７号公報

図５及び図６に示される従来のオゾン発生管２０において、放電空間４の両端部には、それぞれガス溜り１５ａ，１５ｂが形成されている。このガス溜り１５ａ，１５ｂは、オゾンを含むガスの置換時間を遅くすると共に、生成されたオゾン化ガスが高電圧電極１の壁面に触れる確率を高くしている。
前述の通り、放電により電極は熱を持つので冷却水６を接地電極２の外側を通すことによって冷却しているが、図５及び図６に示される従来のオゾン発生管２０のような、接地電極２のみを冷却している装置では、高電圧電極１側は十分な冷却ができないために高温状態となる。かかる高温状態の電極表面に生成されたオゾン化ガス１０ａが接触すると、該オゾン化ガス中のオゾンが電極の熱によって、下記（１）式の通り分解され、酸素分子に戻ってしまうという問題が発生する。
Ｏ₃ ＋Ｗａｌｌ →Ｏ₂ ＋Ｏ・・・（１）

図５のようにオゾン発生管２０が１個の場合も、図６のようにオゾン発生管２０が複数個の場合も、同様に上記問題が発生する可能性があり、図６のようにオゾン発生管２０を複数個設けて大型化した装置では、むしろオゾン化ガスのガス溜り１５ａ，１５ｂの空間が大きくなり、図５のようなオゾン発生管２０が１個の場合よりもガスの置換速度が低速となり、電極壁面との接触でオゾン化ガス中のオゾンが分解され、オゾン発生特性を劣化しやすいという問題を有している。

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、生成オゾンが高温の電極に触れて分解するのを防止すると共に、生成オゾンガスの冷却度を上昇させることによって、より高濃度のオゾンを含むガスを得ることを可能とするオゾン発生装置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、請求項１の発明は、接地電極の内部に、空間を形成して高電圧電極を同軸円筒管状に配設し、一端側から前記空間内に酸素を含むガスを供給し、前記接地電極と前記高電圧電極の少なくとも一方に誘電体層を介在させ、前記接地電極と前記高電圧電極との間に形成される前記空間に放電を生じせしめてオゾンを生成し、他端側から前記生成オゾンを含むガスを排出するように構成されていると共に、前記接地電極の外側に該接地電極を冷却する冷媒が流通する冷媒通路を設けたオゾン発生装置において、前記高電圧電極の前記ガスの流動方向の終端部よりも下流側には、前記生成オゾンを含むガスを前記高電圧電極と隔絶する遮蔽体が設けられ、前記遮蔽体は、前記生成オゾンを含むガスを冷却する冷却構造を有し、前記遮蔽体は、前記接地電極に内接し前記高電圧電極の終端部に対向して前記空間を遮蔽するように設けられ、かつガス通路が形成された端板と、前端部が前記端板の前記高電圧電極側とは反対側の面に連結され、かつ外周部が前記接地電極の前記冷媒通路に臨む面の内側に連結され、前記ガス通路から流出したガスが溜められるガス溜り内に配置された放熱部材とを備えている。

また、この発明において、以上の構成を具体化して、次の請求項２のように構成するのが好ましい。
前記放熱部材は、板状に形成されて前記ガス溜りの中心部から前記接地電極の前記冷媒通路に臨む面の内側に向けて放射状に複数枚設けられた放熱板から構成されていると共に、周方向に連続あるいは断続して形成されて外周面が前記接地電極の前記冷媒通路に臨む面の内側の面に連結される筒体を備え、該筒体の内周面には前記各放熱板の外周端が固定されている。

本発明によれば、前記高電圧電極の前記ガスの流動方向の終端部よりも下流側には、前記生成オゾンを含むガスを前記高電圧電極と隔絶する遮蔽体が設けられ、前記遮蔽体は、前記生成オゾンを含むガスを冷却する冷却構造を有し、前記遮蔽体は、前記接地電極に内接し前記高電圧電極の終端部に対向して前記空間を遮蔽するように設けられ、かつガス通路が形成された端板と、前端部が前記端板の前記高電圧電極側とは反対側の面に連結され、かつ外周部が前記接地電極の前記冷媒通路に臨む面の内側に連結され、前記ガス通路から流出したガスが溜められるガス溜り内に配置された放熱部材とを備えているので、高電圧電極で発生する熱を遮蔽体の端板で受けて放熱部材に伝達し、該放熱部材を通してこれの外周部から接地電極に伝達し、該接地電極の冷媒通路に臨む面から冷媒通路内に放出することによって、高電圧電極の周辺の温度を降下させることができる。
それに加えて、前記遮蔽体の端板により高電圧電極周辺のオゾン生成空間（放電空間）からの熱が前記オゾン化ガスのガス溜りに伝達されるのを遮断することが可能となるので、ガス溜り内におけるオゾン化ガスの温度を降下させることができる。

したがって、本発明によれば、上記のようなオゾン化ガスの降温効果を有する端板及び放熱部材を備えた遮蔽体を高電圧電極のオゾン化ガスの流動方向の終端部よりも下流側に設けたことにより、生成オゾンガスの冷却度を上昇させることができ、オゾン化ガスのガス溜りにおいて生成オゾンが熱で分解するのを抑制することができ、これによりオゾン発生装置における生成オゾン濃度を高めることが可能となり、高濃度の生成オゾンを得ることができる。

また、本発明において、板状に形成されてガス溜りの中心部から接地電極側に向けて放射状に複数枚設けられた放熱板から構成されている放熱部材の外周部を円筒状の筒体を介して接地電極に支持する構造とすれば、板材からなり放射状に配置された放熱部材の外周部を円筒状の筒体に固定した上で接地電極に連結したことになり、放熱部材の支持剛性を高く保持できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
［第1実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係るオゾン発生管の軸心線に沿う断面図である。図２は上記第１実施形態における遮蔽体の第１例の詳細を示す図１のＡ−Ａ線断面図、図３は上記第１実施形態における遮蔽体の第２例の詳細を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
図１において、オゾン発生装置を構成するオゾン発生管２０は、外面にガラスなどの誘電体層３をライニングした有底円筒状の高電圧電極１（円筒状の高電圧電極は、その内部を原料ガスが通過することがなければ有底である必要はなく、放電にさらされることのないガスの通過を阻止できる構造体が備わっていればよい）、該高電圧電極１の外側に適切な放電空間４を介して並行に設置され耐オゾン性ステンレス鋼からなるチューブ状の接地電極２、該接地電極２の外側に配置されて冷却水６が流通する冷却水路７を外側から覆う筐体５、該筐体５及び接地電極２の両端部が固定されて放電空間４及び冷却水路７の両端側を覆蓋する面板５ａ，５ｂ等によって構成されている。言い換えれば、高電圧電極１は、接地電極２の内部に放電空間４を形成して内挿され、同軸円筒管状に配設されている。なお、誘電体層３を接地電極２の内周面にライニングしたものや高電圧電極１と接地電極２の両方に誘電体層３をライニング等で形成したものを用いることも可能である。

上記高電圧電極１のガスの流動方向の終端部よりも下流側であって、図５に示す従来の下流側のガス溜り１５ｂに相当する位置には、生成オゾンを含むオゾン化ガスを高電圧電極１と隔絶する遮蔽体１１が設置されている。なお、反対側の上流側にはガス溜り１５ａが形成されている。
かかる遮蔽体１１は、フッ素樹脂やガラス体などの絶縁性材料で構成されており、図１〜図３に示すように、上流側の板面が高電圧電極１の終端部に対向して放電空間４を遮蔽するように配置され、外周部が接地電極２の内面に当接された円板状の端板１２と、前端部が端板１２の下流側の板面に当接された放熱部材１４と、放熱部材１４の外周端と接地電極２の内面との間に介在する筒体１４ａとを備えている。

上記放熱部材１４は、板状に形成されて遮蔽体１１内の下流側のガス溜り１５ｂの中心部から接地電極２の冷却水路７に臨む面の内側に向けて放射状に周方向等間隔（不等間隔でもよい）に複数枚（この例では６枚）設けられ、後述するように各外周端部が筒体１４ａの内面に固定されている。
また、上記端板１２には、放電空間４と該遮蔽体１１内の下流側のガス溜り１５ｂとを連通する複数のガス通路１３が穿設されている。このガス通路１３は、図２及び図３に示すように、放射状に設けられた複数の放熱部材１４の間に、下流側のガス溜り１５ｂに向けてオゾン化ガスが流出するように配置されている。

また、図２及び図３に示すように、上記接地電極２の冷媒水路７に臨む面の内側の面には、薄肉の筒体１４ａが固定され、各放熱部材１４は、その外周端が当該筒体１４ａに固定されることにより、下流側のガス溜り１５ｂ内に安定的に支持されることとなる。
図２の例では、筒体１４ａは円筒体を各放熱部材１４との固定部を残して断続した形態となっており、また、図３の例では、筒体１４ａは円筒状に形成されて各放熱部材１４の外周部を固定支持している。

このように構成されたオゾン発生管２０の放電空間４に、外部から一方の面板５ａの原料ガス入口８を通して原料ガス８ａを供給し、高電圧電極１と接地電極２との間に交流電源９で交流高電圧（例えば、周波数７０００Ｈｚ、ピーク電圧１１ｋＶの高周波電圧）を印加すると、放電空間４に発生する無声放電によりオゾンが生成される。
そして、上記のようにして生成されたオゾンガス１０ａは、端板１２に穿設された複数（この例では６個）のガス通路１３を通って下流側のガス溜り１５ｂに達し、該ガス溜り１５ｂを経た後、他方の面板５ｂに設けられたオゾンガス出口１０から抽出されて使用先に搬送されることになる。

また、上記放電空間４及びその近傍の温度を低くして、オゾン発生効率を高く保持するために、接地電極２の外側と筐体５との間に冷却水６が流通する冷却水路７を設けて接地電極２を外側から冷却する。この冷却水６は、筐体５の上流側に開口された冷却水入口６ａから冷却水路７に流入して接地電極２を外側から冷却した後、筐体５の下流側に開口された冷却水出口６ｂから排出されることになる。

［第２実施形態］
図４は本発明の第２実施形態に係る複数のオゾン発生管を備えたオゾン発生装置の軸心線に沿う断面図である。
この第２実施形態におけるオゾン発生装置は、上記第１実施形態のように構成されたオゾン発生管２０を水処理施設などへ適用するにあたって、このオゾン発生管２０を多数（この例では３個）オゾン発生管収納容器を構成する筐体５内に、図２のように並列に設置し（または直列に設置してもよい）、両端部を面板５０ａ，５０ｂで覆う構造として、大量のオゾンを生成するようになっている。
かかるオゾン発生装置においては、筐体５の上流側に開口された冷却水入口６ａから導入された冷却水６は、各オゾン発生管２０の外側に形成される冷却水路７を流れて各オゾン発生器２０を冷却し、筐体５の下流側に開口された冷却水出口６ｂから排出される構造が採られている。その他の構成は、上記第１実施形態と同様であり、図４において図１と同一部材は同一の符号で示されている。

以上の第１及び第２実施形態によれば、高電圧電極１のオゾン化ガスの流動方向の終端部よりも下流側に、該オゾン化ガスを高電圧電極１と隔絶する遮蔽体１１、すなわち接地電極２に内接し高電圧電極１の終端部に対向して放電空間４を遮蔽するように配置された端板１２と、前端部が該端板１２の反高電圧電極１側つまりオゾン化ガスのガス溜り１５ｂ側の面に連結され、外周部が接地電極２の冷却水路７に臨む面の内側に連結される放熱部材１４とを備えた遮蔽体１１を設けたので、高電圧電極１で発生する熱を遮蔽体１１の端板１２で受けて放熱部材１４に伝達し、該放熱部材１４を通してこれの外周部から該放熱部材１４の外周部が固定された円筒状の筒体１４ａを介して接地電極２に伝達し、該接地電極２の冷却水路７に臨む外面から冷却水路７内に放出することによって、高電圧電極１の周辺の温度を降下させることができる。
これに加えて、上記遮蔽体１１の端板１２により高電圧電極１周辺のオゾン生成空間（放電空間）４からの熱が前記オゾン化ガスのガス溜り１５ｂに伝達されるのを遮断できることによって、当該ガス溜り１５ｂ内におけるオゾン化ガスの温度を降下させることができる。

したがって、本発明の実施形態によれば、上記のようなオゾン化ガスの降温効果を有する端板１２及び放熱部材１４を備えた遮蔽体１１を高電圧電極１のオゾン化ガスの流動方向の終端部よりも下流側に設けたことにより、生成オゾンガスの冷却度を上昇させることができ、オゾン化ガスのガス溜り１５ｂにおいて生成オゾンが熱で分解するのを抑制することができ、その結果、オゾン発生装置における生成オゾン濃度を高めることが可能となり、高濃度の生成オゾンを得ることができる。

また、板状に形成されてガス溜り１５ｂの中心部から接地電極２側に向けて放射状に複数枚設けられた放熱板からなる放熱部材１４の外周部を円筒状の筒体１４ａを介して接地電極２に支持する構造としたので、板材からなり放射状に配置された放熱部材１４の外周部を円筒状の筒体１４ａに固定した上で接地電極２に連結したことにより、放熱部材１４の支持剛性を高く保持できる。

以上、本発明の実施形態につき述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

本発明の第１実施形態に係るオゾン発生管の軸心線に沿う断面図である。上記第１実施形態における遮蔽体の第１例の詳細を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。上記第１実施形態における遮蔽体の第２例の詳細を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明の第２実施形態に係る複数のオゾン発生管を備えたオゾン発生装置の軸心線に沿う断面図である。従来技術に係るオゾン発生管の軸心線に沿う断面図である従来技術に係るオゾン発生装置の軸心線に沿う断面図である。

符号の説明

１高電圧電極
２接地電極
３誘電体層
４放電空間
５筐体
７冷却水路
９交流電源
１１遮蔽体
１２端板
１３ガス通路
１４放熱部材
１４ａ筒体
１５ｂ下流側のガス溜り
２０オゾン発生管

Claims

接地電極の内部に、空間を形成して高電圧電極を同軸円筒管状に配設し、一端側から前記空間内に酸素を含むガスを供給し、前記接地電極と前記高電圧電極の少なくとも一方に誘電体層を介在させ、前記接地電極と前記高電圧電極との間に形成される前記空間に放電を生じせしめてオゾンを生成し、他端側から前記生成オゾンを含むガスを排出するように構成されていると共に、前記接地電極の外側に該接地電極を冷却する冷媒が流通する冷媒通路を設けたオゾン発生装置において、
前記高電圧電極の前記ガスの流動方向の終端部よりも下流側には、前記生成オゾンを含むガスを前記高電圧電極と隔絶する遮蔽体が設けられ、
前記遮蔽体は、前記生成オゾンを含むガスを冷却する冷却構造を有し、
前記遮蔽体は、前記接地電極に内接し前記高電圧電極の終端部に対向して前記空間を遮蔽するように設けられ、かつガス通路が形成された端板と、前端部が前記端板の前記高電圧電極側とは反対側の面に連結され、かつ外周部が前記接地電極の前記冷媒通路に臨む面の内側に連結され、前記ガス通路から流出したガスが溜められるガス溜り内に配置された放熱部材とを備えていることを特徴とするオゾン発生装置。
前記放熱部材は、板状に形成されて前記ガス溜りの中心部から前記接地電極の前記冷媒通路に臨む面の内側に向けて放射状に複数枚設けられた放熱板から構成されていると共に、周方向に連続あるいは断続して形成されて外周面が前記接地電極の前記冷媒通路に臨む面の内側の面に連結される筒体を備え、該筒体の内周面には前記各放熱板の外周端が固定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装置。