JP6196913B2 - チューブ型のオゾン発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、チューブ型のオゾン発生装置に関し、その中でも特に給電子の構造に関する。

オゾンは、強力な酸化作用があり、作用後には無害な酸素等に分解する。そのため、オゾンは、半導体製造や食品製造、水処理等の分野で、洗浄や殺菌、脱臭等の処理に多用されている。

このようなオゾンを発生するオゾン発生装置の多くには、無声放電方式が採用されている。

無声放電方式のオゾン発生装置では、誘電体を介して対向する一対の電極間に空隙（放電ギャップ）が設けられている。一対の電極間に高電圧を印加すると、放電ギャップで無声放電が発生する。放電ギャップに酸素を含む原料ガスを流すことで、原料ガスがオゾン化し、オゾンが発生する。

このような無声放電方式を採用したオゾン発生装置に、チューブ型のオゾン発生装置がある。チューブ型のオゾン発生装置では、オゾンを発生するユニットを構成する誘電体に、管形状をした放電管が使用されている。チューブ型のオゾン発生装置の場合、複数の放電管を平行に密集させて配置できるため、大型化し易い利点がある。

チューブ型のオゾン発生装置における給電子の構造については、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。

特許文献１では、高圧電源と電気的に接続される棒状の給電子が誘電体管の内部に配置されており、その給電子が、誘電体管の内面にメタライズされている電極とステンレス鋼ウール材を介して電気的に接続されている。

特許文献２では、外周面に複数のスリットが形成された提灯型形状をした給電子が用いられており、その給電子が、誘電体管の内面にメタライズされている電極に弾性接触することにより、電源と電極とを電気的に接続している。

特開２０１２−１４４４２５号公報 特開２０１３−１８４８７４号公報

誘電体管はガラスなどで形成されているが、材料や成形精度の影響により、内面は真円となっていない場合が多く、内径もある程度ばらつきがある。ミクロなレベルで見れば、誘電体管の内表面も平滑ではなく凹凸が存在する。

そのため、ウール材を用いたり提灯型形状にしたりして、給電子と電極との接触を確保しているが、ウール材や提灯型は形状が複雑であるため、製作が面倒という問題がある。

そこで、本発明の主な目的は、簡単に作ることができるオゾン発生装置を提供することにある。

本発明に係るチューブ型のオゾン発生装置に備えられるオゾン発生ユニットは、筒状の外側電極管と、放電ギャップを隔てて前記外側電極管の内側に配置される放電管と、を有している。前記放電管は、少なくとも一方の端部に開口を有する筒状の誘電体管と、前記開口からはみ出た露出端部を有する状態で前記誘電体管の内周面に密接して設けられる電極膜と、外部電源に接続されて前記電極膜に給電する給電子と、を有している。

そして、前記給電子は、前記電極膜の内側に設置される内側クリップと、前記電極膜の外側に設置される外側クリップと、を有し、前記内側クリップと前記外側クリップとにより、前記露出端部が挟み込まれている。

このオゾン発生装置によれば、誘電体管の内周面に、電極膜を密接させているため、電極膜の誘電体管長手方向の長さを調整すれば、簡単に露出端部を設けることができる。そして、電極膜の露出端部が内側クリップと外側クリップとによって挟み込まれた状態となっているので、電極膜と給電子とを直接的かつ均一に接触させることができ、電極膜に安定して給電することができる。

更には、前記外側クリップは、一度に複数の前記電極膜の端部を挟み込めるように、複数のクリップ部を有し、複数の露出端部が、それぞれ、各露出端部の内側に配置された内側クリップと、前記クリップ部により挟み込まれているとよい。

そうすれば、１つの外側クリップを、複数の電極膜の端部を一度に挟み込むことに使用できる。従って、電極膜の露出端部を挟み込むための作業工数を低減することができる。加えて、本数の多い放電管どうしを容易に接続することができ、接触抵抗も低減することができる。

更には、前記オゾン発生ユニットを複数備え、前記内側クリップの少なくとも一部は、前記外部電源と電気的に接続される接続端子が直接設けられた接続端子付き内側クリップであるとよい。

そうすれば、簡単な構成で、部材点数の削減や接触抵抗の低減等が図れる。

本発明のオゾン発生装置によれば、各放電管への給電が安定して行えるようになる。

第１実施形態のチューブ型のオゾン発生装置を示す概略斜視図である。 オゾン発生装置の内部構造を示すために一部を省略した概略側面図である。 図２におけるＸ-Ｘ線での概略断面図である。 オゾン発生ユニットの構造を示す概略断面図である。 給電子の分解斜視図である。 給電子間の接続パターンの一例を示す概略図である。 外側クリップ対を示す概略図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 接続端子を示す概略図である。 給電子間の接続構造を示す概略図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は後部の図示を省略した正面図である。 第２実施形態のオゾン発生装置に用いられる架設クリップを示す概略図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 接続端子付き架設クリップを示す概略図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 第２実施形態における給電子間の接続構造を示す概略図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は後部の図示を省略した正面図である。 （ａ）は、外側クリップの変形例を示す平面図、（ｂ）は、架設クリップの変形例を示す正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

＜第１実施形態＞
（オゾン発生装置の構成）
図１に、本実施形態のチューブ型のオゾン発生装置１を示す。オゾン発生装置１には、装置本体２や、装置本体２と協働する制御機器や操作盤等からなる付帯設備３などが備えられている。

装置本体２は、耐腐食性に優れたステンレス製の耐圧容器であり、その内部でオゾンが生成される。装置本体２は、円筒状の胴部１１と、胴部１１の両端を塞ぐ２つの蓋部１２とを有している。装置本体２は、横置きされた状態で一対の脚部１３，１３によって支持されている。蓋部１２の一方は、胴部１１にヒンジを介して取り付けられており、開閉可能な扉とされている。

装置本体２には、原料ガス配管１４やオゾン配管１５、冷却配管１６などが接続されている。具体的には、原料ガス配管１４は、図外の原料ガス供給源に接続されており、酸素や空気等の原料ガスが原料ガス配管１４を通じて装置本体２に供給される。オゾン配管１５は、図外のオゾンの供給先に接続されており、装置本体２で生成されたオゾンがオゾン配管１５を通じてその供給先に送られる。

冷却配管１６は、入水用及び出水用の２つの冷却配管１６ａ，１６ｂがあり、それぞれ図外の熱交換器等に接続されている。装置本体２には、これら冷却配管１６ａ，１６ｂを通じて冷却水が循環供給される。

図２に示すように、装置本体２の内部は、ステンレス製の２枚の区画板１７，１７によって原料ガス室１８、冷却室１９及びオゾン室２０に区画されている。原料ガス室１８は、装置本体２の一方の端部に配置されており、原料ガス配管１４と連通している。オゾン室２０は、装置本体２の他方の端部に配置されており、オゾン配管１５と連通している。

冷却室１９は、原料ガス室１８とオゾン室２０の間に位置し、装置本体２の大部分を占めている。冷却室１９は、オゾン室２０側の下隅部分で入水用の冷却配管１６ａと連通し、原料ガス室１８側の上隅部分で出水用の冷却配管１６ｂと連通している。冷却室１９の内部には、複数の規制板２１が所定の間隔で設置されている。これら規制板２１により、冷却室１９の内部は上下互い違いに区画され、冷却水が蛇行して流れるように設計されている。

装置本体２の内部には、複数のオゾン発生ユニット３０が、冷却室１９を横切り、胴部１１の長手方向に沿って平行に延びるように設置されている。

図３に示すように、各オゾン発生ユニット３０は、密集した状態で配置されている。詳しくは、隣り合って位置するオゾン発生ユニット３０の間のピッチが同じ長さとなるように、三角配置されている。これらオゾン発生ユニット３０の各々において、原料ガスからオゾンが生成される。

図３の拡大図及び図４に、オゾン発生ユニット３０の詳細を示す。オゾン発生ユニット３０は、外側電極管３１と放電管３２とで構成されている。

外側電極管３１は、円筒状のステンレス管からなり、その各端部は、各区画板１７に隙間無く接合されている。外側電極管３１は、区画板１７を介して電気的に接地されており、低電圧側の電極を構成している。外側電極管３１の周囲は冷却水によって満たされており、各オゾン発生ユニット３０は冷却水によって冷却される。外側電極管３１の内側に、同心円状に放電管３２が配置されている。

（放電管の構成）
放電管３２は、誘電体管３３や電極膜３４、給電子４０などで構成されている。

誘電体管３３は、一方の端部に開口３３ａを有する細長い棒状部材であり、例えばガラスなどで円筒状に形成されている。誘電体管３３の一般的な寸法としては、全長は長くて２ｍ、外径は１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度、肉厚は１ｍｍ〜３ｍｍ程度である。

誘電体管３３の外周面は、僅かな隙間（放電ギャップ３６）を隔てて外側電極管３１の内周面と対向している。外側電極管３１と放電管３２の電極膜３４との間に高電圧が印加されると、放電ギャップ３６で無声放電が発生する。

誘電体管３３の塞がれた端部は、オゾン室２０に位置し、開口３３ａが有る誘電体管３３の端部は、原料ガス室１８に位置している。無声放電が発生している放電ギャップ３６に、原料ガス室１８から原料ガスが流入することによってオゾンが発生する。発生したオゾンは、オゾン室２０に流出し、オゾン配管１５を通じて供給先に送り出される。

電極膜３４は、ステンレスのバネ鋼板等、高い弾性を有するとともに電気伝導率に優れた薄膜状の金属導体を用いて円筒状に形成されている。

詳しくは、電極膜３４は、金属導体が細長く筒状に丸められた状態で開口３３ａから誘電体管３３に奥まで挿入された後、それ自体の弾性力で誘電体管３３の内部で金属導体が径方向外側に拡がることによって、誘電体管３３の内周面に密接している。

従って、このオゾン発生装置１の場合、電極が誘電体管内面にメタライズされたものとは異なり、電極膜３４を誘電体管３３から取り外すことができるので、電極膜３４だけを交換することができる。

さらに、電極膜３４は、その一部（露出端部３４ａともいう）が開口３３ａからはみ出た状態で誘電体管３３に設置される。

給電子４０は、外部電源３７の高電圧側に接続されて電極膜３４に給電するものであり、図５にも示すように、内側クリップ４１や外側クリップ４２などで構成されている。

内側クリップ４１及び外側クリップ４２は、いずれも金属プレス加工、マルチフォーミング、加工冶具などにより形成され、弾性及び電気伝導性に優れている。

外側クリップ４２は、軸方向に一部が分断された円筒状の部材であり、Ｃ字状断面を有している。外側クリップ４２の内径は、外力が作用しない無負荷の状態では、誘電体管３３の内径よりも小さく形成されている。ここで、露出端部３４ａの軸方向の長さＬ２は、０より大きい即ち開口３３ａから露出していれば問題ないが、外側クリップ４２の軸方向の長さＬ１よりも大きい（Ｌ２≧Ｌ１）ことが好ましく、Ｌ２≧２Ｌ１であることがさらに好ましい。

内側クリップ４１も、外側クリップ４２と同様に、Ｃ字状断面を有する円筒状の部材である。内側クリップ４１の外径は、無負荷の状態では、誘電体管３３の内径よりも大きく形成されている。内側クリップ４１の軸方向の長さＬ３は、少なくとも内側クリップ４１の軸方向の長さＬ１よりも大きく形成されている。

外側クリップ４２は、外力を加えて拡径し、内側クリップ４１が挿入されている露出端部３４ａの外側に嵌め合わされる。そうして外力を取り去ると外側クリップ４２が縮まるため、露出端部３４ａに外側から圧接した状態で外側クリップ４２が電極膜３４の外側に設置される。

内側クリップ４１は、外力を加えて縮径し、先端が誘電体管３３の内部に位置するまで電極膜３４の内側に挿入される。そうして、外力を取り去ると内側クリップ４１が拡がるため、電極膜３４に内側から圧接した状態で内側クリップ４１が電極膜３４の内側に設置される。

その結果、露出端部３４ａは、内側クリップ４１と外側クリップ４２とによって挟み込まれ、内外から圧接された状態となっている。

このように、誘電体管３３の開口３３ａからはみ出た電極膜３４の露出端部３４ａが、内側クリップ４１と外側クリップ４２とで挟み込まれることによって給電子４０と直接的かつ均一に接触している。そのため、電極膜３４に安定して給電することができる。

（給電子間の接続）
図６に簡略化して示すように、各放電管３２の給電子４０は、互いに電気的に接続される。なお、図６では、各給電子４０が直列に接続、つまり、１つの給電子４０が隣接する１つ又は２つの給電子４０と接続されているが、給電子４０間の接続パターンは、仕様に応じて適宜設定される。

また、互いに接続された一群の給電子４０の複数カ所に、リード線４４と電気的に接続された接続端子４３が設けられている。リード線４４は図外にて外部電源３７と電気的に接続されている。これら接続端子４３及びリード線４４を介して外部電源３７から一群の給電子４に給電が行われる。

これら一群の給電子４０の接続は、隣接する給電子４０の間の隙間が小さいうえに、給電子４０の数が多い場合には、工数が非常に多く、負担の大きな作業となる。

そこで、本実施形態のオゾン発生装置１では、これら給電子４０の接続が容易にできるように、内側クリップ４１及び外側クリップ４２の形状が工夫されている。

（給電子の具体的構成）
まず、図４に示すように、誘電体管３３の開口３３ａから突き出す内側クリップ４１の長さＬ４が、外側クリップ４２の軸方向の長さＬ１の２倍以上となるように、内側クリップ４１が設置されている。２倍以上とするのは、内側クリップ４１に外側クリップ４２を少なくとも２つ以上重ねられるようにするためである。

図７に示すように、外側クリップ４２は、一度に２つの露出端部３４ａを挟み込めるように、２つ連結して一体に形成されている（外側クリップ対４２Ｐともいう）。連なる２つの外側クリップ４２，４２の間には、屈曲した屈曲部４５が設けられている。２つの外側クリップ４２，４２の間の寸法は、隣り合って位置する給電子４０の間のピッチに合わせて設定されている。屈曲部４５が弾性変形するため、多少ピッチがずれても対応できるようになっている。

リード線４４を接続するために、内側クリップ４１の一部は、図８に示すように、内側クリップ４１に直接接続端子４３が設けられた接続端子付き内側クリップ５２となっている。

内側クリップ４１の一部を接続端子付き内側クリップ５２とすることで、所望する箇所に所望する数だけ、接続端子４３を簡単に設けることができる。

図９に、これら外側クリップ対４２Ｐを用いて互いに接続されている給電子４０を示す。外側クリップ対４２Ｐは、互いに隣接する２つの露出端部３４ａ，３４ａの部分に嵌め込まれ、それにより、２つの給電子４０，４０が電気的に接続された給電子対が形成される。更に、この給電子対に隣接する２つの露出端部３４ａ，３４ａの部分に、別の外側クリップ対４２Ｐが嵌め込まれ、更に給電子対が形成される。

そうして、形成された２つの給電子対のうち、互いに隣接している２つの給電子４０，４０に対し、外側クリップ対４２Ｐを誘電体管３３の長手方向に重ねるようにして、これら２つの内側クリップ４１，４１の部分を挟み込む。このように、各給電子４０の露出端部３４ａ及び内側クリップ４１の部分に対して、外側クリップ対４２Ｐを互い違いに嵌め込むことにより、多数の給電子４０の接続を簡単に行うことができる。

＜第２実施形態＞
図１０〜図１２に、第２実施形態のオゾン発生装置を示す。本実施形態のオゾン発生装置や放電管の基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、同じ機能の構成には同じ符号を用いてその説明は省略する。

本実施形態のオゾン発生装置１では、外側クリップ４２単独で用いられ、給電子４０に、別途、図１０や図１１に示すような、架設クリップ５０や接続端子付き架設クリップ５１が備えられている。

架設クリップ５０は、互いに対向して延びる一対の差込脚部５０ａと、これら差込脚部５０ａの一端に架け渡される架設部５０ｂとを有している。架設部５０ｂの中間部には、弾性変形可能な屈曲部５０ｃが形成されている。差込脚部５０ａ，５０ａ間の寸法は、隣り合って位置する給電子４０の間のピッチに合わせて設定されている。詳しくは、差込脚部５０ａ，５０ａ間の大きさは、隣り合って位置する給電子４０の間のピッチよりも僅かに小さく形成されている。

各差込脚部５０ａは、誘電体管３３に設置された内側クリップ４１の内周面及びオゾン発生ユニット３０の形状に合わせて、断面劣弧状に形成されている。

外力を加えて差込脚部５０ａ，５０ａ間を拡げ、各差込脚部５０ａを互いに隣接する２つの内側クリップ４１，４１に差し込むことにより、架設クリップ５０は、これら２つの内側クリップ４１，４１に架設される。そうすることにより、各差込脚部５０ａが各内側クリップ４１の内面に圧着し、両内側クリップ４１，４１は互いに電気的に接続される。屈曲部５０ｃが弾性変形するため、内側クリップ４１，４１間に多少のピッチのずれがあっても問題にならない。

図１１は、接続端子付き架設クリップ５１である。接続端子付き架設クリップ５１では、架設部５０ｂにリード線４４の接続が可能な接続端子４３が一体に設けられている。

図１２に、これら架設クリップ５０及び接続端子付き架設クリップ５１を用いて互いに接続されている給電子４０を示す。架設クリップ５０及び接続端子付き架橋クリップ５１による接続は、互いに隣接する２つの内側クリップ４１，４１に、誘電体管３３の開口３３ａが臨む方向から架設クリップ５０及び接続端子付き架橋クリップ５１を差し込むだけでよいため、作業性に優れる。

架設クリップ５０の一部を、接続端子付き架設クリップ５１とするだけで、接続端子４３も簡単に設けることができる。

なお、本発明にかかるオゾン発生装置は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

図１３の（ａ）に示すように、外側クリップ４２は、３個以上連結していてもよい。また、図１３の（ｂ）に示すように、架橋クリップ５０も２個以上連結していてもよい。連結数が多いと、作業性や電気抵抗の面で利点がある。特に、これらを１０個や２０個等、多数連なった形態としてもよい。そうすれば、外側クリップ４２等が１個必要であれば１個切り取って使用できるし、２個必要であれば２個切り取って使用できる。必要に応じて必要な分だけ分断して使用できるため、汎用性に優れる。

第２実施形態のオゾン発生装置において、接続端子付き架設クリップ５１に代えて、第１実施形態のように一部の内側クリップ４１を図８に示す接続端子付き内側クリップ５２としてもよい。

１ オゾン発生装置
３０ オゾン発生ユニット
３１ 外側電極管
３２ 放電管
３３ 誘電体管
３３ａ 開口
３４ 電極膜
３４ａ 露出端部
４０ 給電子
４１ 内側クリップ
４２ 外側クリップ

Claims (3)

1. チューブ型のオゾン発生装置であって、
   筒状の外側電極管と、
   放電ギャップを隔てて前記外側電極管の内側に配置される放電管と、
   を有するオゾン発生ユニットを備え、
   前記放電管は、
   少なくとも一方の端部に開口を有する筒状の誘電体管と、
   前記開口からはみ出た露出端部を有する状態で前記誘電体管の内周面に密接して設けられる電極膜と、
   外部電源に接続されて前記電極膜に給電する給電子と、
   を有し、
   前記給電子は、
   前記電極膜の内側に設置される内側クリップと、
   前記電極膜の外側に設置される外側クリップと、
   を有し、
   前記内側クリップと前記外側クリップとにより、前記露出端部が挟み込まれているオゾン発生装置。
2. 請求項１に記載のオゾン発生装置において、
   前記オゾン発生ユニットを複数備え、
   前記外側クリップは、一度に複数の前記電極膜の端部を挟み込めるように、複数のクリップ部を有し連結されて、
   複数の露出端部が、それぞれ、各露出端部の内側に配置された内側クリップと、前記クリップ部により挟み込まれているオゾン発生装置。
3. 請求項１に記載のオゾン発生装置において、
   前記オゾン発生ユニットを複数備え、
   前記内側クリップの少なくとも一部は、前記外部電源と電気的に接続される接続端子が直接設けられた接続端子付き内側クリップであるオゾン発生装置。

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