JP5202066B2

JP5202066B2 - オゾン発生器

Info

Publication number: JP5202066B2
Application number: JP2008083702A
Authority: JP
Inventors: 本美智子橋; 田和彦納; 梨伊知郎山; 島崇文飯; 瀬竜太郎牧; 田裕二沖
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: JP2009234861A

Description

本発明はオゾン発生器に係わり、とくに放電管内部構成品の腐食、劣化を回避することができるようにしたオゾン発生器に関する。

一般に、オゾン発生器においては、気密容器内に配された電極間に原料ガスを流してオゾンを発生させている。電極は、金属電極と誘電体電極、もしくは誘電体電極同士が１対となって放電電極を構成し、その間にスペーサを挿入することにより微小な放電ギャップを形成している。そして、両電極間の放電ギャップにオゾン原料ガスを流し、両電極間に高電圧を印加することにより放電ギャップに無声放電が発生し、この無声放電によりオゾン化ガスが生成される。

上述したオゾン発生器においては、オゾン発生器の内部はオゾン以外にもNOｘが発
生し、大変な腐食環境である。また、オゾン発生器の内部は無声放電の熱によって７
０℃を越える高温になる場合もあるため、温度および腐食ガスの両方から腐食が進み易い状況にある。

図４は、従来のオゾン発生器の概略構成を示す断面図である。この図４に示すように、オゾン発生器は気密容器１を有し、その気密容器１の内部空間には両端部が開放された多数本の接地電極管２が互いに平行に配設され、その接地電極管２の外周部には冷却水室３が形成されている。

接地電極管２の内部には、内部に金属膜を形成した放電管４が、接地電極管２の両端から同心状に挿入装着されている。接地電極管２と放電管４との間にはスペーサ５が設置され、スペーサ５による接地電極管２と放電管４との間に放電ギャップ６が形成されている。

気密容器１内には酸素を含む原料ガスが原料ガス入口配管１１から供給され、放電管４と接地電極管２との間に形成された放電ギャップ６内を流れ、オゾン化ガスの出口配管１２から流出する。一方、冷却水室３には冷却水入口配管１３から冷却水が供給され、その冷却水は冷却水出口配管１４から排出される。

そこで、放電管４と接地電極管２との間に、図示しない高周波電源から高電圧を高圧碍子１０、ヒューズ７及びリード線９を介して印加すると、放電ギャップ６に無声放電が形成され、オゾンが発生する。

無声放電で発生する熱は、冷却水室３に供給された冷却水により冷却され、冷却水は冷却水出口配管１４から排出される。これにより、放電ギャップのガス温度の上昇が抑制され、高濃度・高収率のオゾンが得られる。
特許第3828970号公報（第４頁、図１）特開2007-169134号公報

しかしながら、上述した従来のオゾン発生器には腐食、劣化の問題がある。また、高電力密度で無声放電を発生すると、オゾン化ガスは７０℃に達する場合がある。これらの腐食性ガスおよび温度によって、オゾン発生器の内部構成部品は徐々に劣化していく。

また、給電子部分には電流が集中するため、金属膜の給電子と接触している部分において電気化学的な腐食による劣化が生じ易く、オゾン発生効率の低下を誘発する因子となる。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、オゾン発生器の内部構成部品が高電力密度であっても、腐食が進み難く、劣化しないオゾン発生器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、
気密容器として構成された缶体中に、一端が閉塞され、内面に金属膜を形成した円筒状の高圧電極が設けられた放電管と、この放電管の外側に同心円状に放電ギャップを介して配設された接地電極管とを備え、前記接地電極管の外周側を冷却水により冷却するとともに、前記高圧電極に高電圧を印加し、前記放電ギャップ内に流通させた酸素を含む原料ガス中にオゾンを発生させるオゾン発生器において、
前記缶体が２つの空間に仕切られ、前記空間それぞれに前記放電管および前記接地電極管が前記２つの空間の間で閉塞端が対向するように配設され、前記放電管の閉塞側にオゾン化ガスの出口配管が設置された
ことを特徴とする。

本発明によれば、オゾン化ガスが放電管の開口部側に設置されている構成部品に接触しない構造とすることにより、オゾン発生器内部に配設されている放電管の構成部品の腐食を抑制し、放電管の寿命を長くすることができる。

以下、図１を参照して本発明の実施例を説明する。なお、図中、図２、図３と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

（第１の実施例）
図１は本発明の第１の実施例の内部構成を示す縦断面図である。気密容器である缶体１は、長手方向の中央部で仕切り壁により２分割されて２つの空間が形成されている。缶体１の内部に形成された各空間には、缶体１の内壁に沿って設けられた接地電極管２の内側に、多数の放電管４がステンレス・スティール製の接地電極管２の両端から挿入されてスペーサ５により缶体１の内部空間に同心的に配置、装着されている。

放電管４は、全体形状がほぼ直管状であり、一端が閉塞されており、他端にヒューズ７および給電子８が配されていて、内壁に金属膜が形成されている。この放電管４が、閉塞された端部が仕切り壁に向かうように、缶体１の内部に位置合わせされて配置されている。

缶体１の径方向における接地電極管２と放電管４との間に配されたスペーサ５により、接地電極管２と放電管４との間に放電ギャップ６が形成されている。また、放電管４内には、ヒューズ７および給電子８が同心状に配設されている。

ヒューズ７は、図示しないヒューズ・ホルダにより支持されており、給電子８は、例えばステンレスにより構成され、かつ黒鉛系導電性塗料がコーティングされたものである。

このように構成されたオゾン発生器における放電管４と接地電極管２との間に、図示しない高周波電源から、高圧碍子１０、ヒューズ７、給電子８及びリード線９を介して高電圧を印加すると、放電ギャップ６に無声放電が形成され、オゾン化ガスが発生する。

オゾン発生器の内部で原料ガスがオゾン化ガスを生成する過程では、硝酸が発生する。その反応過程を、以下に示す。
ｅ＋Ｎ_２→ｅ＋Ｎ＋Ｎ
Ｎ＋Ｏ_２→ＮＯ＋Ｏ
ＮＯ＋Ｏ_３→ＮＯ_２＋Ｏ_２
ＮＯ_２＋ＮＯ_３→Ｎ_２Ｏ_５
Ｎ_２Ｏ_５＋Ｈ_２Ｏ→ＨＮＯ_３
ここで、ｅは放電中で生成する電子、Ｎは窒素、Ｏは酸素である。

そして、原料ガス入口配管１１からオゾン発生器の缶体１内にオゾン原料ガスが供給されると、このオゾン原料ガスは、放電管４と接地電極管２との間に形成された放電ギャップ６を流れ、発生したオゾン化ガスが出口配管１２から缶体１の外に流出する。

無声放電で発生する熱は、接地電極管２に供給される冷却水により冷却されるが、それだけでは放電管４の内部にこもった熱を完全に除去できず、缶体１の内部は数１０℃の温度上昇を生じる。

このように、この第１の実施例においては、缶体１を図示中央位置で２つの空間に分けている結果、オゾン化ガスは必ず放電管４の閉塞部分を通るように出口配管１２が設けられている。

上記構造によれば、ガス流路において、オゾン化ガスが構成部品のある放電管４の閉塞部分を通り、開放部分には接触しないため、放電管４の構成部品であるヒューズ７及び給電子８，放電管４内部の金属膜の劣化を防止することができる。

（第２の実施例）
図２は、本発明の第２の実施例を示す図であり、給電子８の位置を選ぶことにより給電子を含む各部品の劣化を防止するものである。この第２の実施例では、給電子８が、放電管４の端部と端部から放電管４の全長Ｌの１７／２０に当る位置（１７Ｌ／２０）に配置されている。

このような位置に給電子８を配することにより、放電管４に大電流を流しても電流が２個所に振り分けられ、電気化学的反応が大幅に低減される。

さらに給電子８の位置を、放電管４の端部から放電管４の全長Ｌの１３〜１９／２０に当る位置に配置することによっても電気化学的な劣化が抑制される。

第２の実施例によれば、従来のオゾン発生器における電流値の約３５％にすることが可能になる。その結果、給電子８付近で生じ易い電気化学的な腐食による劣化を低減することができる。

（第３の実施例）
図３は、本発明の第３の実施例を示す図であり、給電子８の位置をさらに限定した例を示している。この場合、給電子８は、放電管４の全長をＬとしたとき、放電管４の両端から１／４Ｌずつに当る位置に配置されている。

そして、放電管４に大電流を流すと、給電子８付近で電気化学的な腐食が生じる可能性があるが、給電子８の位置を適宜選定することにより電気化学反応の起き方が変わる。

つまり、給電子８を放電管４の両端から上記１／４Ｌに当る位置に配置することにより、電流が２個所に振り分けられるため、給電子８の部分の電流値を従来のオゾン発生器における電流値の約２５％にすることができる。その結果、給電子８付近で生じ易い電気化学的な腐食による劣化を低減することができる。

本発明の第１の実施例を示す図。本発明の第２の実施例を示す図。本発明の第３の実施例を示す図。従来のオゾン発生器の概略構成を示す断面図。

符号の説明

１気密容器
２接地電極管
３冷却水室
４放電管
５スペーサ
６放電ギャップ
７ヒューズ
８給電子
９リード線
１０高圧碍子
１１原料ガス入口配管
１２オゾン化ガス出口配管
１３冷却水入口配管
１４冷却水出口配管

Claims

気密容器として構成された缶体中に、一端が閉塞され、内面に金属膜を形成した円筒状の高圧電極が設けられた放電管と、この放電管の外側に同心円状に放電ギャップを介して配設された接地電極管とを備え、前記接地電極管の外周側を冷却水により冷却するとともに、前記高圧電極に高電圧を印加し、前記放電ギャップ内に流通させた酸素を含む原料ガス中にオゾンを発生させるオゾン発生器において、
前記缶体が２つの空間に仕切られ、前記空間それぞれに前記放電管および前記接地電極管が閉塞端同士で対向するように配設され、前記放電管の閉塞側にオゾン化ガスの出口配管が設置された
ことを特徴とするオゾン発生器。
前記放電管への給電子の部位を、前記放電管の一端部から前記放電管の全長の１３／２０ないし１９／２０に相当する２個所の位置に設置することを特徴とする、請求項１記載のオゾン発生器。
前記放電管の給電子はステンレスにより構成され、かつ黒鉛系導電性塗料がコーティングされたものであることを特徴とする、請求項１または２に記載のオゾン発生器。