JP6271833B2 - チューブ型のオゾン生成装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、チューブ型のオゾン生成装置及びその製造方法に関する。
オゾンには強力な酸化作用があり、作用後のオゾン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。
実用化されているオゾン生成装置の多くには、無声放電方式が採用されている。
無声放電方式のオゾン生成装置では、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。両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、オゾンが生成される。
このような無声放電方式によるオゾン生成装置には、構造的な違いから、板型とチューブ型とがある。板型のオゾン生成装置は、オゾンを生成するユニットが板形状をしている。それに対し、チューブ型のオゾン生成装置は、ユニットが管形状をしている。
板型のオゾン生成装置は大型化には不向きな傾向があるのに対し、チューブ型のオゾン生成装置では、そのような問題を生じることなくユニット数を増やすことができる。従って、チューブ型のオゾン生成装置は、板型のオゾン生成装置と比べて、大型化し易い利点がある。
本発明に関連する先行技術文献としては、例えば特許文献1や特許文献2がある。
特許文献1には、チューブ型のオゾン生成装置が開示されている。このオゾン生成装置には、一端が球面状に閉じられた円筒状のガラス製誘電体管が設けられている。その誘電体管の内面、具体的には、誘電体管における球面状の端部から側部にわたる部分の内面に、ステンレス鋼等の金属からなる第1の電極が形成されている。
誘電体管の内部には、高圧電源と電気的に接続された、棒状の高圧給電子が配置されている。第1の電極は、ステンレス鋼ウール材を介してその高圧給電子と電気的に接続されている。誘電体管の外側を囲むように円筒状の第2の電極が配置されており、誘電体管と第2電極との間に放電ギャップが形成されている。
原料ガスは、高電圧が印加された放電ギャップを通過する間にオゾン化する。オゾン化したガスは、球面状の端部が位置するオゾン化ガス導出口から導出される。
特許文献2にも、特許文献1と同様のチューブ型のオゾン生成装置が開示されている。具体的には、ガラス製誘電体管に相当する誘電体電極の内面に、第1の電極に相当する、蒸着あるいは溶射等の方法で形成された導電膜が形成されている。
高電圧給電子に相当する給電子軸には、ねじりブラシ状にしたステンレスの素線の束が取り付けられている。これら素線が、導電膜の内面の一部に取り付けられた円筒状の金属板に圧接することにより、導電膜は、給電子軸と電気的に接続されている。
特開2012−144425号公報 WO−A1−2010021022
特許文献1や特許文献2のチューブ型のオゾン生成装置では、誘電体管の端部のうち、原料ガスが流れる上流側の端部は開放されており、オゾンが流れる下流側の端部は密閉されている。従って、通常は、誘電体管の内部に、原料ガスが入り込むことはあっても、オゾンが入り込むことはない。
しかし、オゾン生成装置の停止時には、オゾンが誘電体管の上流側に逆流又は拡散して、誘電体管の内部にオゾンが入り込むおそれがある。誘電体管の内部にオゾンが入り込むと、錆びなどの不具合が生じて電極の交換が必要になる場合がある。
ところが、従来のオゾン生成装置の電極は、蒸着等の方法を用いて形成されているため、誘電体管から分離できない構造となっている。従って、電極の交換が必要になった場合には、誘電体管ごと交換せざるを得ない。
また、蒸着等によって電極を形成する場合、多数の工程を要し、生産性に欠ける不利もある。
そこで、本発明の目的は、電極が容易に交換できるチューブ型のオゾン生成装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明は、管状のオゾン生成ユニットを備えたチューブ型のオゾン生成装置に関する。前記オゾン生成ユニットは、円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内側電極管と、を有している。前記内側電極管は、円筒状の誘電体管と、前記誘電体管の内周面に密接した円筒状の電極と、を有している。そして、前記電極が、取り外し可能な状態で前記誘電体管に挿入されている。
すなわち、このオゾン生成装置では、誘電体管の内周面に密着した円筒状の電極が、取り外し可能な状態で誘電体管に挿入されている。従って、電極を誘電体管から取り外して交換することができる。
具体的には、前記電極が、弾性を有する板状の導体からなり、それ自体の弾性力で前記誘電体管の内部で拡がることによって当該誘電体管の内周面に密接するようにするとよい。
そうすれば、導体を丸めて誘電体管に挿入するだけで電極を誘電体管に取り付けることができるため、電極の交換が容易になる。
その場合、例えば、前記電極が、当該電極から延びる端子リードを介して外部電源と電気的に接続されているようにできる。
また、例えば、前記内側電極管が、更に、前記誘電体管に挿入された端子棒を有し、前記端子棒に、半径方向に延びた前記導体の一端が接合され、前記電極が、前記端子棒を介して外部電源と電気的に接続されているようにもできる。
端子リードを用いる前者の場合であれば、例えば、前記導体を筒状に丸める準備工程と、丸めた前記導体を前記誘電体管に挿入する挿入工程と、前記誘電体管の内部で外力を加えることなく前記導体を拡張させる拡張工程と、を含む製造方法を用いて製造することができる。
端子棒を用いる後者の場合であれば、例えば、前記端子棒に前記導体の端部を接合する接合工程と、前記端子棒に前記導体を巻き付ける巻付工程と、前記導体が巻き付けられた前記端子棒を前記誘電体管に挿入する挿入工程と、前記誘電体管の内部で外力を加えることなく前記導体を拡張させる拡張工程と、を含む製造方法を用いて製造することができる。
本発明のオゾン生成装置等によれば、オゾン生成ユニットの電極が容易に交換できるようになる。
第1実施形態のオゾン生成装置を示す概略斜視図である。 装置本体の内部構造を示す概略図である。 図2におけるX−X線での概略断面図である。 オゾン生成ユニットの構造を示す概略断面図である。 図4におけるY−Y線での概略断面図である。 (a)、(b)は、第1実施形態のオゾン生成装置の製造工程の一部を示す概略斜視図である。 (a)、(b)は、第1実施形態のオゾン生成装置の製造工程の一部を示す概略斜視図である。 第2実施形態のオゾン生成装置を示す概略断面図である。 第2実施形態のオゾン生成装置の製造工程の一部を示す概略斜視図である。
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>
(オゾン生成装置の構成)
図1に、本実施形態のチューブ型のオゾン生成装置1を示す。オゾン生成装置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の間に配置されており、装置本体2の大部分を占めている。冷却室19は、そのオゾン室20側の下隅部分で入水用の冷却配管16aと連通し、その原料ガス室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。
図3に示すように、装置本体2の内部には、複数の管状のオゾン生成ユニット30Aが密集した状態で設置されている。各オゾン生成ユニット30Aは、冷却室19を横切り、胴部11の長手方向に沿って延びるように設置されている。各オゾン生成ユニット30Aの両端部のうち、上流側の端部は原料ガス室18に突出し、下流側の端部はオゾン室20に突出している。
オゾン生成ユニット30Aの端部は、原料ガス室18やオゾン室20に突出していることは必須ではない。オゾン生成ユニット30Aの端部は、冷却室19の内部や冷却室19と原料ガス室18等との境界に位置していてもよい。これらオゾン生成ユニット30Aの各々において、原料ガスからオゾンが生成される。
(オゾン生成ユニットの構成)
図4に、オゾン生成ユニット30Aの詳細を示す。オゾン生成ユニット30Aは、外側電極管31と内側電極管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、各オゾン生成ユニット30Aは冷却水によって冷却される。この外側電極管31の内側に、同心円状に内側電極管32が配置されている。
本実施形態の内側電極管32は、誘電体管33や電極34、端子棒35などで構成さている。
誘電体管33は、一方の端部が塞がれた円筒状の細長い部材であり、セラミックやガラス等で形成されている。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。誘電体管33の塞がれた端部(閉端部33a)は、オゾン室20に位置し、誘電体管33の開かれた端部(開端部33b)は、原料ガス室18に位置している。
端子棒35は、ステンレス等の細長い棒状導体からなる。端子棒35の前端は、閉端部33aの近傍に至るまで誘電体管33に挿入されている。端子棒35の後端は、開端部33bから突出している。その後端に外部電源37の高電圧側が接続されている。
電極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細長い矩形薄板状の導体40を用いて円筒状に形成されている。
具体的には、図5に示すように、端子棒35には、導体40の長い方の一端(固定端40a)の部分が接合されている。そして、導体40が、それ自体の弾性力で誘電体管33の内部で半径方向外側に拡がることにより、導体40のうち、導体40の長い方の他端(遊端40b)側の部分が、半径方向外側に押し付けられて、誘電体管33の内周面に密着している。
その遊端40bは、誘電体管33の内周面の上で導体40の中間部分と内外に重なり合い、誘電体管33の内周面は、全周にわたって導体40によって被覆されている。それにより、円筒状の電極34が形成されている。
すなわち、このオゾン生成ユニット30Aの場合、導体40は、断面螺旋状に曲げられていて、周方向に延びて電極34を形成する部分と、半径方向に延びて電極34と端子棒35とを接続する部分(中継部34a)とを有している。そして、電極34は、端子棒35に直に接続され、端子棒35を介して外部電源37と電気的に接続されている。
(オゾン生成装置の運転等)
冷却水が冷却室19に循環供給され、各オゾン生成ユニット30Aが冷却される。その状態で、外部電源37により、各オゾン生成ユニット30Aの外側電極管31と内側電極管32との間に高電圧が印加される。そうすることで、各放電ギャップ36では無声放電が発生する。
原料ガスが装置本体2に供給され、原料ガス室18から各放電ギャップ36に原料ガスが流入すると、放電ギャップ36を通過する間にオゾンが生成される。生成したオゾンは、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。従って、運転時の原料ガス室18には、原料ガスが絶えず流入しているため、原料ガス室18にオゾンが入り込むことはない。
しかし、オゾン生成装置1が停止して原料ガスの供給が止まると、放電ギャップ36やオゾン室20に残存するオゾンが逆流して原料ガス室18に入り込むおそれがある。オゾンが、原料ガス室18に入り込んで誘電体管33の内部に侵入すると、電極34等が腐食する。
電極34等の交換が必要になっても、このオゾン生成装置1の場合、電極34は誘電体管33の内部に挿入されているだけであるため、容易に取り外すことができる。具体的には、端子棒35を電極34とともに誘電体管33から引き抜けばよい。大型のオゾン生成装置1になれば、オゾン生成ユニット30Aは数百本にもなるため、交換に要するコストを大幅に軽減できる。
(オゾン生成装置の製造方法)
図6及び図7に、オゾン生成装置1の製造工程を示す。これら図は、オゾン生成ユニット30Aの製造過程のうち、端子棒35と電極34とを誘電体管33の内部に設置する工程を表している。
図6の(a)に示すように、まず、端子棒35に導体40の端部を接合する(接合工程)。具体的には、スポット溶接を行い、導体40の固定端40aの部分を端子棒35に接合する。そうして、図6の(b)に示すように、端子棒35に導体40を巻き付ける(巻付工程)。
次に、図7の(a)に示すように、導体40が巻き付けられた端子棒35を誘電体管33に挿入する(挿入工程)。そして最後に、図7の(b)に示すように、導体40の拘束を解き、端子棒35を巻き付け方向とは逆向きに適宜回転させるなどして、図5に示したような状態になるまで、誘電体管33の内部で導体40を拡張させる(拡張工程)。
このように、極めて簡単にオゾン生成ユニット30Aを製造することができる。オゾン生成ユニット30Aは、オゾン生成装置1に多数設置されるため、この製造方法によれば、生産性を向上させることができる。
<第2実施形態>
図8に、本実施形態のオゾン生成装置の要部であるオゾン生成ユニット30Bを示す。本実施形態のオゾン生成ユニット30Bは、端子棒35が無い点で、第1実施形態のオゾン生成ユニット30Aと構造が異なっている。
装置本体2等、その他の構造については、第1実施形態のオゾン生成装置1と同様であるため、同じ構造については同一の符号を用いてその説明は省略する。
このオゾン生成ユニット30Bでは、電極34が、端子リードを介して外部電源37と電気的に接続されている。具体的には、開端部33bの側に位置する電極34の一端に、電気伝導率に優れた、ステンレス等の細長い金属板片50が接合されている。金属板片50の一部は、開端部33bから突出して端子リードを構成し、外部電源37と電気的に接続されている。
このオゾン生成ユニット30Bの場合も容易に製造できる。
例えば、予め、導体40の短い方の一端に金属板片50を接合しておく。そして、図9に示すように、金属板片50を内側に向けた状態で導体40を筒状に丸め(準備工程)、導体40の短い方の他端の側から、導体40を誘電体管33に挿入する(挿入工程)。このとき、これら工程を補助するために、丸めた導体40の内側にガイド棒Gが挿入されていてもよい。
後は、第1実施形態のオゾン生成装置1と同様に、誘電体管33の内部で導体40を拡張させる(拡張工程)。ガイド棒Gを用いた場合には、このときに引き抜けばよい。
このオゾン生成ユニット30Bの場合、導体40の全体が誘電体管33の内周面に沿って拡がるため、導体40は、周方向に延びて電極34を形成する部分のみとなり、半径方向に延びる部分は無い。
<その他>
端子リードは、電極34を構成する導体40と一体に形成してもよい。すなわち、導体40の短い方の一端から、端子リードを構成する突出部を部分的に突出させればよい。端子リードを構成する金属板片50は、拡張工程の後に取り付けてもよい。
電極34は、交換可能であるため、必ずしも高度な耐腐食性は不要である。従って、ステンレス以外の安価で電気伝導率に優れた金属導体を電極34の素材に利用できる。オゾン生成ユニットは、1つのオゾン生成装置に対して少なくとも1つ備えられていればよい。
1 オゾン生成装置
2 装置本体
30A,30B オゾン生成ユニット
31 外側電極管
32 内側電極管
33 誘電体管
34 電極
35 端子棒
36 放電ギャップ
37 外部電源
40 導体

Claims (5)

  1. 管状のオゾン生成ユニットを備えたチューブ型のオゾン生成装置であって、
    前記オゾン生成ユニットは、
    円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内側電極管と、
    を有し、
    前記内側電極管は、
    円筒状の誘電体管と、
    前記誘電体管の内周面に密接した円筒状の電極と、
    を有し、前記放電ギャップで無声放電が発生するように構成され、
    前記電極が、平板状の薄板状体を巻くことにより円筒状に形成された、弾性を有する導体からなり、それ自体の弾性力で前記誘電体管の内部で半径方向外側に拡がることによって、前記誘電体管の内周面の全周を被覆するように当該誘電体管の内周面に密接するとともに、取り外し可能な状態で前記誘電体管に挿入されているオゾン生成装置。
  2. 請求項1に記載のオゾン生成装置において、
    前記電極が、当該電極から延びる端子リードを介して外部電源と電気的に接続されているオゾン生成装置。
  3. 請求項1に記載のオゾン生成装置において、
    前記内側電極管は、更に、前記誘電体管に挿入された端子棒を有し、
    前記端子棒に、半径方向に延びた前記導体の一端が接合され、
    前記電極が、前記端子棒を介して外部電源と電気的に接続されているオゾン生成装置。
  4. 請求項2に記載のオゾン生成装置を製造する製造方法であって、
    前記導体を筒状に丸める準備工程と、
    丸めた前記導体を前記誘電体管に挿入する挿入工程と、
    前記誘電体管の内部で外力を加えることなく前記導体を拡張させる拡張工程と、
    を含む製造方法。
  5. 請求項3に記載のオゾン生成装置を製造する製造方法であって、
    前記端子棒に前記導体の端部を接合する接合工程と、
    前記端子棒に前記導体を巻き付ける巻付工程と、
    前記導体が巻き付けられた前記端子棒を前記誘電体管に挿入する挿入工程と、
    前記誘電体管の内部で外力を加えることなく前記導体を拡張させる拡張工程と、
    を含む製造方法。
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