JP5865955B2 - オゾン発生装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電極管内に放電管を配置して形成した放電ギャップでの無声放電によりオゾンを生成するオゾン発生装置に関する。

近年、高度浄水処理システム等にオゾン発生装置が広く用いられるようになった。このオゾン発生装置として、タンク状容器内に、複数の電極管を並行配置し、これら電極管内にそれぞれ放電管を同心状に設置してそれぞれ放電ギャップを形成したものがある。この構造のオゾン発生装置では、上述した放電ギャップ部での無声放電により原料気体からオゾンガスを生成する（例えば、特許文献１参照）。

このようなオゾン発生装置では、無声放電により電極管が高温になる。電極管が高温になると生成されたオゾンの分解が生じるので、オゾン生成効率が低下する。このため、複数の電極管の周囲に冷却用の空間を形成し、この空間内に冷却水を流し、電極管を冷却することが行われている。

特開２０００−１５９５０８号公報

この場合、電極管内には原料気体が軸方向に流れ、内部に設けられた放電管との放電ギャップでの無声放電によりオゾンが生成されるので、電極管はそのオゾンガスの出口側が、原料気体の入口側に比べ高温となる。このため、この電極管のオゾンガス出口側の部分を効果的に冷却する必要があり、冷却用空間への冷却水の入口は、電極管のオゾンガス出口側に近い下部に設けている。また、冷却用空間からの冷却水の出口は、前述した冷却水入口とは対角を成す電極管の原料気体入口側に近い上部に設けている。

冷却水は限られた冷却空間内で所定の冷却水量を確保するために、かなりの流速で冷却水の入口から出口に向かって冷却空間内を流れる。このため、冷却空間内で、流速の早い部分と流れが滞って流速の遅い部分が生じ、冷却効果に差が生じる。すなわち、冷却水の入口と出口とは、前述のように冷却用空間に対して対角を成す関係で配置されているので、冷却用空間内における冷却水の流速は、対角方向の流れが最も早い。これに対し、冷却用空間内の、冷却水入口上方の隅部付近は、上述した対角方向の流れから外れるため、流れが滞り、流速は遅くなる。

この冷却水入口上方は、電極管のオゾンガスの出口側となる部分でもあるので、前述したように無声放電によりもともと高温となる部分である。このため、冷却水の流速が遅く冷却効果が低いと、より一層高温となり、生成オゾンの分解が進んでしまい、オゾン生成効率が大きく低下する。

本発明が解決しようとする課題は、オゾン生成効率の低下を防止したオゾン発生装置を提供することにある。

本発明の実施の形態に係るオゾン発生装置は、円筒形のタンク状容器と、このタンク状容器内に、その軸方向に長さ方向が沿う状態で並行配置された複数の電極管、及びこれら電極管内に設置され、それぞれ放電ギャップを形成する放電管と、前記複数の電極管の両端部をそれぞれ貫通状態で保持する一対の端板と、この一対の端板と、この一対の端板間に区分された前記タンク状容器内面とで形成された冷却用空間と、この冷却用空間の一端側下部に形成された冷却媒体入口、及びこの冷却用空間の他端側の上部に形成された冷却媒体出口と、前記タンク状容器の軸方向端部側に設けられ原料気体を導入して前記放電管の他端側から放電ギャップ部へ送気させる原料気体の入口、及び前記タンク状容器の軸方向反対側に設けられ前記放電ギャップ部での無声放電により原料気体から生成されたオゾンガスの出口とを備え、前記複数の電極管のうち、前記無声放電により周囲の冷却媒体が所定温度以上となる電極管内には前記放電管を配置しないことを特徴とする。

上記構成によれば、無声放電により所定温度以上となる電極管内に前記放電管を配置しないことにより、全体的に見てオゾン生成効率の低下を防止することができる。

本発明の一実施の形態に係るオゾン発生装置の構成図である。 本発明の一実施の形態に係るオゾン発生装置の電極管の配置構成を示す端面図である。 図１で示した電極管と放電管との関係を示す図である。 一般的なオゾン発生装置の冷却空間における温度分布を説明する図である。 図４の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）を横断して示す温度分布図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１はこの実施の形態に係るオゾン発生装置の全体構造を示している。このオゾン発生装置は、円筒形のタンク状容器１０を有し、このタンク状容器１０内に、複数の金属製の電極管（以下、ステンレス管として説明する）１１が設置されている。この複数の金属製のステンレス管１１は、その長さ方向が、タンク状容器１０の軸方向に方向が沿う状態で並行配置されている。図１は図面の錯綜化を防ぐために比較的少数のステンレス管１１を図示したが、実際には図２で示すように多数のステンレス管１１が配置されている。

上述した複数のステンレス管１１の両端部は、一対の端板１７，１７により一体に保持されている。すなわち、これら端板１７，１７は、複数のステンレス管１１の端部をそれぞれ貫通状態で保持している。また、この一対の端板１７，１７と、この一対の端板１７，１７間に区分されたタンク状容器１０の内周面と冷却用空間１９が形成されている。この冷却用空間１９は、その内部に水などの冷却媒体を流通させて複数のステンレス管１１を冷却する。この冷却用空間１９の一端（図示左端）側下部には、冷却媒体入口２１が形成されている。また、この冷却用空間１９の他端（図示右端）側の上部には冷却媒体出口２２が形成されている。

これらステンレス管１１内には、それぞれ放電管１２が同心状に設けられており、ステンレス管１１の内周面と放電管１２の外周面との間に所定の放電ギャップを形成する。この放電管１２は、図３で示すように、ガラス管１３と、ガラス管１３内面に被覆されたステンレス皮膜１４とからなり、上述のように、ステンレス管１１との間は放電ギャップとなっている。これら各放電管１２のステンレス皮膜１４には、図示しない外部の電源装置と、碍子２３を貫通する導体２５が高圧ヒューズ２４を介して接続されており、図示しない電源装置により放電用の高圧電力が供給される。この高圧電力が給電されることにより、ステンレス管１１の内周面と放電管１２の外周面との間の放電ギャップには無声放電が生じ、後述する原料気体からオゾンを生成する。

タンク状容器１０の軸方向端部側（図示右端下部）には原料気体の入口１５が設けられ、さらに、タンク状容器の軸方向反対側（図示左端上部）にはオゾンガスの出口２０が設けられている。原料気体の入口１５は、原料気体（ここでは空気とする）をタンク状容器１０内に導入して、ステンレス管１１の他端（図示右端）側からその内部の放電ギャップ部へ送気させる。また、オゾンガスの出口２０は、ステンレス管１１内の放電ギャップ部での無声放電により原料気体から生成されて、ステンレス管１１の一端（図示左端）から送出されたオゾンの導出に用いられる。

この実施の形態では、タンク状容器１０内に設けられた複数のステンレス管１１のうち、無声放電により周囲の冷却媒体が所定温度以上となるステンレス管（図１の１１１とする）内には放電管１２を配置しないこととする。この放電管１２を配置しないステンレス管１１１は、その少なくとも一端を閉鎖する。図１の例では、ステンレス管１１１の図示右端を閉鎖している。勿論、ステンレス管１１１の図示右端を閉鎖してもよく、さらに、ステンレス管１１１の両端を閉鎖してもよい。また、この放電管１２を配置しないステンレス管１１１は、多数のステンレス管１１のうち、比較的上部に位置するもの、例えば、タンク状容器１０の高さ方向の、下から７０〜８０％の高さ位置に配置されたものとする。

上記構成において、原料気体が原料気体の入口１５を経てタンク状容器１０の図１で示す右側の空間内に入り、その後、ステンレス管１１内を図１の右側から左側に通気され、放電管１２の外周との間の放電ギャップ間に流れる。この際、高圧電極となるステンレス皮膜１４と接地電極となるステンレス管１１との隙間に生ずる無声放電により原料気体の一部がオゾンに変わってオゾンガスが生成される。生成されたオゾンガスは、ステンレス管１１の図示左端からタンク状容器１０の図示右側の空間内へ送出され、オゾンガスの出口２０から導出される。

前述の無声放電に伴ってステンレス管１１には発熱が生じ、ステンレス管１１は加熱されて高温になるので、ステンレス管１１の外側に形成された冷却用空間１９内に冷却媒体（冷却水）を流し冷却する。

このとき、ステンレス管１１は、オゾンガスの出口（図示左端）側が、原料気体の入口（図示右端）側に比べ高温となる。このため、ステンレス管１１のオゾンガス出口側である図示左側の部分を効果的に冷却する必要があり、冷却用空間１９の、オゾンガス出口側に近い図示左側下部に設けた冷却媒体入口２１から冷却媒体を注入する。

冷却媒体は、前述のように、限られた容積の冷却空間１９内で所定の冷却流量を確保するために、かなりの流速で図示左側下部の冷却媒体入口２１から、反対側となる図示右側上部の出口２２に向かって冷却空間１９内を流れる。このため、冷却空間１９内で、流速の早い部分と流れが滞って流速の遅い部分が生じる。すなわち、冷却媒体の入口２１と出口２２とは、図示のように、冷却用空間１９に対して対角を成す関係で配置されているので、冷却用空間１９内における冷却水の流速は、図示左下から右上への対角方向の流れが最も早い。これに対し、冷却用空間１９内の図示左上の隅部付近、及び右下の隅部付近は、上述した対角方向の流れから外れるため、流れが滞り、流速は遅くなる。このため、冷却用空間１９内の温度分布は図４及び図５で示すようになる。

図４は、図１で示したタンク状容器１０内の、一対の端板１７，１７間に形成される冷却用空間１９内を示しており、冷却空間１９の軸方向に沿う温度分布を表している。また、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、冷却空間１９を図４で示す（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）の横断面部分の温度分布を表している。

これらの図において、温度は４つの温度領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに分布している。これらの温度領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの温度は、Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄである。

すなわち、冷却媒体入口２１の直上部分である図４の左側部分の下半部分は最も低温の領域Ａ部分となっている。また、冷却空間１９内の、入口２１から出口２２に向かう対角部分は、前述のように流速が速いので低温領域Ａと中温の領域Ｂとが混在している。冷却空間１９内の上記対角部分より外れた隅部についてみると、図４の右下部分は、冷却媒体（冷却水）の流れが滞って流速は低くなるが、図示右方はステンレス管１１に対する原料気体の入口側であるため高温とはならず、低温領域Ａとなっている。

これに対し、図４の左上部分は、冷却媒体（冷却水）の流れが滞って流速が低くなる上に、ステンレス管１１のオゾンガス出口部分となるため、高温部分Ｃ，Ｄが占めている。この高温領域Ｃ，Ｄは、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）で示すように、横断面の幅方向にも広がっている。

この実施の形態では、この高温領域Ｃ，Ｄのうち、少なくとも最高温度領域Ｄに位置するステンレス管１１内には放電管１２を設けずに、図１で示したように中空状のステンレス管１１１として構成する。ここで、最高温度領域Ｄにおけるステンレス管１１１では、前述のようにオゾン分解が大きく進んでしまうので、ここに放電管１２を設けてオゾンを生成してもそのほとんどが分解されてしまう。また、周囲のステンレス管１１に対する温度の影響も大きく、これらのオゾン分解を促進してしまうので、全体としてオゾン生成効率が低下する。

しかし、上述のようにこの最高温度領域Ｅにおけるステンレス管１１１に放電管１２を設けないと、この部分では無声放電が生じないため温度が上昇せず、周囲のステンレス管１１を加熱することもない。したがって、全体的に見てオゾン生成効率の低下が防止され、電極管１１１でのオゾン生成を行わないことによるオゾン生成量の低下を補って余りあるオゾンガスを得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…タンク状の容器
１１…電極管（ステンレス管）
１２…放電管
１５…原料気体の入口
１７…端板
１９…冷却用の空間
２０…オゾンガスの出口
２１…冷却用媒体の入口
２２…冷却用媒体の出口
１１１…放電管を設けない電極管

Claims (3)

1. 円筒形のタンク状容器と、
   このタンク状容器内に、その軸方向に長さ方向が沿う状態で並行配置された複数の電極管、及びこれら電極管内に設置され、それぞれ放電ギャップを形成する放電管と、
   前記複数の電極管の両端部をそれぞれ貫通状態で保持する一対の端板と、
   この一対の端板と、この一対の端板間に区分された前記タンク状容器内面とで形成された冷却用空間と、
   この冷却用空間の一端側下部に形成された冷却媒体入口、及びこの冷却用空間の他端側の上部に形成された冷却媒体出口と、
   前記タンク状容器の軸方向端部側に設けられ原料気体を導入して前記放電管の他端側から放電ギャップ部へ送気させる原料気体の入口、及び前記タンク状容器の軸方向反対側に設けられ前記放電ギャップ部での無声放電により原料気体から生成されたオゾンガスの出口とを備え、
   前記複数の電極管のうち、前記無声放電により周囲の冷却媒体が所定温度以上となる電極管内には前記放電管を配置しないことを特徴とするオゾン発生装置。
2. 前記放電管を配置しない電極管の少なくとも一端は閉鎖することを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
3. 前記放電管を配置しない電極管が、前記タンク状容器の高さ方向の下から７０〜８０％の高さ位置に配置されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のオゾン発生装置。

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