JP5595391B2 - オゾン発生装置 - Google Patents

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Description

この発明は、放電によりオゾン化ガスを発生するオゾン発生装置に関するものである。
オゾン発生装置は、金属管で形成された接地電極と円筒状のガラス管（誘電体）の内面に導電層を形成した電極、上記ガラス管の内径部に配置された高圧電極を備え、該金属管の内側とガラス管の外側の空隙に酸素含有ガスを供給し、接地電極と高圧電極に高電圧を印加し放電によりオゾン化ガスを生成する（特許文献１参照）。
特開平８−２４５２０３号公報
このようなオゾン発生装置は、放電によりオゾン発生時に接地電極、高圧電極及びその近傍は発熱により温度上昇を伴う。この温度上昇はオゾン発生の効率を低下させるため、接地電極の外周部に冷却水を通し放電部を冷却する構造が採用されている。
しかし、冷却水を必要とする構造はオゾン発生装置の小型化を困難にする要因であるとともに、オゾン発生時には冷却水を確保する必要がある上、長時間の運転では、冷却系統の腐食による水洩れ等の問題があった。
この発明は、上記の問題を解消し、冷却水の使用を不要とし、小型でメンテナンスの容易なオゾン発生装置を提供することを目的とするものである。
この発明は、ほぼ筒状の金属管で形成された接地電極と、この接地電極の内側にほぼ同心的に配置されたほぼ筒状の誘電体を有し、その内周面に形成された導電層に高電圧を印加される高電圧電極を備え、前記接地電極と前記高電圧電極との間に形成された放電間隙内に酸素含有ガスを供給し、オゾンを生成するオゾン発生装置において、前記接地電極が外周側に長手方向に延びる複数の空冷用冷却フィンを一体的に形成され、前記高電圧電極が、前記誘電体と、前記導電層に接続され高電圧を印加する高圧電極部材とを一体化して前記接地電極に挿入保持され、前記接地電極と共に放電管ユニットを構成し、前記放電管ユニットを複数個備え、前記放電管ユニットを、通風路を形成する断面矩形状の筐体に別々に収容固定すると共に、原料ガス入口が形成された共通の基台と、オゾン化ガス出口が形成された共通の基台上に前記筐体が接するように並列に設置して放電管集合体を構成した。
この発明によれば、接地電極と空冷用冷却フィンを一体的に形成しているため、冷却水の使用を不要とし、小型で、加工容易、低コストの空冷式オゾン発生装置を得ることができる。
この発明の実施例１におけるオゾン発生装置を示す断面構成図である。 図１のＡ−Ａ線における接地電極の断面図である。 この発明の実施例２におけるオゾン発生装置を示す三面図である。 この発明の実施例３におけるオゾン発生装置を示す三面図である。 実施例３におけるオゾン発生装置の性能の一例を示す特性図である。 実施例３におけるオゾン発生装置の性能の一例を示す特性図である。 実施例３におけるオゾン発生装置の性能の一例を示す特性図である。
この発明の実施の形態を、図にもとづき詳細に説明する。
図１はこの発明の実施例１におけるオゾン発生装置を示す断面構成図、図２は図１のＡ−Ａ線における接地電極の断面図である。
図１及び図２において、１はほぼ筒状の金属管で形成された接地電極で、その外周側の長手方向に放射状に延びる複数の空冷用冷却フィン２を有している（図２参照）。この空冷用冷却フィン２は、アルミニウムの押し出し成形により接地電極１と一体的に形成されている。そしてこの接地電極１の一端部には原料ガス入口孔３が設けられ、他端部には、オゾン化ガス出口孔４が設けられている。なお、この接地電極１は、その内面を酸化皮膜処理により下地金属を保護する構造としている。
５は、接地電極１の内側にほぼ同心的に配置された高電圧電極で、ほぼ筒状の誘電体（ガラス管）で構成され、その内周面に高電圧を印加される金属めっきの導電層６が形成されている。
７は、高電圧電極５の一端に固定されたテフロン（登録商標）製の絶縁部材で、その中心部を貫通して導電層６に高電圧を印加する高圧電極部材８が支持されている。この絶縁部材７は、接地電極１の原料ガス入口孔３側端部に設けられた可動性シール部９を介して接地電極１に保持されている。この可動性シール部９は、絶縁部材７の挿入時、脱着時に収縮し、絶縁部材７の挿入後、脱着後は弾性反発作用により絶縁部材７と接地電極１の隙間部を封止する。１０は接地電極１のオゾン化ガス出口孔４側端部を封止するテフロン（登録商標）製の絶縁シール部材である。１１は接地電極１と高電圧電極５との間に形成されたガス流路で、接地電極１に設けられた原料ガス入口孔３から乾燥空気または露点40℃以下の酸素濃縮ガスが供給される。
１２は電源部、１３はインバータ、１４は高電圧を発生させる高圧トランスで、高圧電極部材８に高電圧を供給する電源装置を構成するものであり、電源部１２の電圧をインバータ１３により所定の交流周波数に変換した後、高圧トランス１４で高電圧に昇圧し、高圧電極部材８に印加する。
１５は高圧トランス１４と高圧電極部材８との間に接続された可視化ヒューズで、透明テフロン（登録商標）チューブに被覆された217℃融点の低融点ヒューズである。このヒューズ１５の材質はSn、Ag、Cuを成分とする合金で、そのヒューズ径は100μmのものを使用した。
このように構成されたオゾン発生装置は、接地電極１の空冷用冷却フィン２に沿って冷却用空気が流された状態で、原料ガス入口孔３から導入された露点40℃以下の酸素濃縮ガスが供給され、接地電極１と高電圧電極５間の放電によりオゾン化ガスを生成し、オゾン化ガス出口孔４から使用場所に排出する。
なお、オゾン発生のための放電を継続することで接地電極１の内面は酸化され、その下地金属を保護する皮膜が形成されるが、接地電極内面を予め酸化皮膜処理を行うことで保護皮膜を形成してもよい。
以上のように，この実施例１によれば、ほぼ筒状の金属管で形成された接地電極と、この接地電極１の内側にほぼ同心的に配置されたほぼ筒状の誘電体を有し、その内周面に形成された導電層に高電圧を印加される高電圧電極５を備え、接地電極１と高電圧電極５との間に形成された放電間隙内に酸素含有ガスを供給し、オゾンを生成するオゾン発生装置において、接地電極１は外周側に長手方向に延びる複数の空冷用冷却フィン２を一体的に形成されているので、冷却水の使用を不要とし、小型で、加工容易、低コストのオゾン発生装置を得ることができる。
また、空冷用冷却フィン２は、アルミニウム製で、押し出し成形法で成形されているので、効率よく製作することができる。
更に、接地電極１は、下地金属の内面を酸化皮膜処理により保護されているので、その耐久性を高めることができる。
また、高電圧電極５は、誘電体と、この誘電体に絶縁部材７を介して支持され導電層６に高電圧を印加する高圧電極部材８とを一体化して構成され、接地電極１に着脱自在に保持されているので、高電圧電極５を装置本体からの着脱や交換がワンタッチで行うことができる。
また、高電圧電極５は可視化ヒューズ１５を介して高電圧を供給されるので、装置を安全に保護することができると共に、故障の発生を容易に発見することができる。
図３は、この発明の実施例２におけるオゾン発生装置を示す三面図である。
この実施例２においては、実施例１のオゾン発生装置における接地電極１と、これに絶縁部材７を介して一体的に保持された高電圧電極５とから構成された放電管ユニット２０を複数個（図では５個）一体的に組み立てて放電管集合体３０を構成し、全体として空冷式のオゾン発生装置を構成したものである。
放電管集合体３０において、各放電管ユニット２０は、通風路を形成する筐体３１に別々に収容固定され、原料ガス入口３３が形成された共通の基台３２と、オゾン化ガス出口３５が形成された共通の基台３４上に並列に設置されている。
また、図示していないが、各放電管ユニット２０は、共通に設けられたインバータ及び高圧トランスを含む電源装置、または各放電管ユニット２０毎に対応して設けられたインバータ及び高圧トランスを含む電源装置により高電圧を供給される。
この実施例２によれば、オゾン発生容量に応じて必要される数の放電管ユニット２０を一体的に組み立てた放電管集合体３０を構成することにより、オゾン発生容量に応じた空冷式のオゾン発生装置を容易に構成することができる。
図４は、この発明の実施例３におけるオゾン発生装置を示す三面図である。なお、図４において、正面図及び側面図は筐体の一部が削除されて示されている。
この実施例３においては、実施例２のオゾン発生装置における放電管集合体３０を複数セット(図では２セット)用い、全体として空冷式のオゾン発生装置を構成するようにしたものである。
各放電管集合体３０は、共通の筐体４０の対向する内側壁に沿って垂直に配置固定され、インバータ、高圧トランスを含む電源装置５０が筐体４０の中央部に配置され、筐体４０の下部に設置されたファン６０により各放電管集合体３０に冷却用空気７０を送り、放電管ユニット２０を空冷する。
冷却用空気７０は、筐体４０の下方から各放電管集合体３０の放電管ユニット２０に分流して筐体４０の上方から外部に排出される。
このように構成されたオゾン発生装置は、各放電管集合体３０の放電管ユニット２０には原料ガス入口３３から導入された露点40℃以下の酸素濃縮ガスが供給され、接地電極１と高電圧電極５間の放電によりオゾン化ガスを生成し、オゾン化ガス出口３５から使用場所に排出する。
このオゾン発生装置においては、100g/hのオゾンを発生させる放電電力は約0.9ｋWであり、ファン６０から約5m3/minの空気を送り放電管ユニット２０は周囲環境との温度差10℃程度に冷却された。
このようにして得られたオゾン生成量と電気特性、雰囲気温度依存性の関係を図５乃至図７に示す。
図５はガス流量20L/min, 14L/min, 9L/minについて電流とオゾン濃度の関係を示した図で、電流が大きいほど、また、ガス流量が小さいほどオゾン濃度は高くなり、その最大濃度は190ｇ/ Nm3であった。
図６はガス流量20L/min, 14L/min, 9L/minについて放電電力とオゾン発生量の関係を示した図である。放電電力が大きいほど、また、ガス流量が大きいほどオゾン発生量は高くなり、その最大値は140ｇ/hであった。
図７はオゾン発生能力の雰囲気温度依存性を示した図である。雰囲気温度が高くなるとオゾン発生能力は低下する傾向を示すが、40℃の高温下でも設計値をクリアし通常の使用に耐えることを示している。
上記の各特性は、放電管集合体３０を構成する５個の放電管ユニット２０に共通の電源装置により高電圧を印加した場合のものであるが、各放電管ユニット２０に対応して個別に電源装置を設けた場合も、放電管ユニット１個当たりのオゾン発生濃度、オゾン発生量はほぼ同じであった。
この実施例３によれば、複数個の放電管ユニット２０を一体的に組み立てた放電管集合体３０を複数セット用いて、インバータ、高圧トランスを含む電源装置５０と共に、共通の筐体４０に収容し、外部から冷却用空気を供給することにより、オゾン発生容量に応じた空冷式のオゾン発生装置をコンパクトに構成することができる。
この発明によるオゾン発生装置は、水処理設備等においてオゾン化ガスを生成する手段として有効に利用できる。
１：接地電極
２：空冷用冷却フィン
３：原料ガス入口孔
４：オゾン化ガス出口孔
５：高電圧電極
６：導電層
７：絶縁部材
８：高圧電極部材
９：可動性シール部材
１０：絶縁シール部材
１１：ガス流路
１２：電源部
１３：インバータ
１４：高圧トランス
１５：可視化ヒューズ
２０：放電管ユニット
３０：放電管集合体
３１：筐体
３２：基台
３３：原料ガス入口
３４：基台
３５：オゾン化ガス出口
４０：筐体
５０：電源装置
６０：ファン
７０：冷却用空気

Claims (9)

  1. ほぼ筒状の金属管で形成された接地電極と、この接地電極の内側にほぼ同心的に配置されたほぼ筒状の誘電体を有し、その内周面に形成された導電層に高電圧を印加される高電圧電極を備え、前記接地電極と前記高電圧電極との間に形成された放電間隙内に酸素含有ガスを供給し、オゾンを生成するオゾン発生装置において、
    前記接地電極が外周側に長手方向に延びる複数の空冷用冷却フィンを一体的に形成され、前記高電圧電極が、前記誘電体と、前記導電層に接続され高電圧を印加する高圧電極部材とを一体化して前記接地電極に挿入保持され、前記接地電極と共に放電管ユニットを構成し、
    前記放電管ユニットを複数個備え、
    前記放電管ユニットを、通風路を形成する断面矩形状の筐体に別々に収容固定すると共に、原料ガス入口が形成された共通の基台と、オゾン化ガス出口が形成された共通の基台上に前記筐体が接するように並列に設置して放電管集合体を構成した
    ことを特徴とするオゾン発生装置。
  2. 前記空冷用冷却フィンは、アルミニウム製で、押し出し成形法で成形されていることを特徴とする請求項１記載のオゾン発生装置。
  3. 前記接地電極は、下地金属の内面を酸化皮膜処理により保護されていることを特徴とする請求項１または２記載のオゾン発生装置。
  4. 前記高電圧電極は、前記誘電体と、この誘電体に絶縁シール部材を介して支持され前記導電層に高電圧を印加する高圧電極部材とを一体化して構成され、前記接地電極に着脱自在に保持されていることを特徴とする１乃至３のいずれか一つに記載のオゾン発生装置。
  5. 前記高電圧電極は、可視化ヒューズを介して高電圧を供給されることを特徴とする請求項４記載のオゾン発生装置。
  6. 前記可視化ヒューズは、融点が250℃以下の低融点金属であり半透明のテフロン（登録商標）チューブで被覆されていることを特徴とする請求項５記載のオゾン発生装置。
  7. 前記放電管集合体を複数セット備え、これらの放電管集合体と、これらの放電管集合体を構成する放電管ユニットに高電圧を供給するインバータ及び高圧トランスを含む電源装置を共通の筐体に収容し、前記共通の筐体の外部から前記放電管集合体の各放電管ユニットに冷却用空気を供給するようにしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載のオゾン発生装置。
  8. 前記放電管ユニットは、複数個の放電管ユニットに共通に設けられたインバータ及び高圧トランスを含む電源装置により高電圧を供給されることを特徴とする請求項７記載のオゾン発生装置。
  9. 前記放電管ユニットは、各放電管ユニット毎に対応して設けられたインバータ及び高圧トランスを含む電源装置により高電圧を供給されることを特徴とする請求項７記載のオゾン発生装置。
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