JPH11246202A

JPH11246202A - オゾン発生装置

Info

Publication number: JPH11246202A
Application number: JP5069798A
Authority: JP
Inventors: Noboru Wada; 昇和田; Yoichiro Tabata; 要一郎田畑; Masaki Kuzumoto; 昌樹葛本; Koji Ota; 幸治太田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 1999-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】小型なオゾン発生器で大容量かつ高濃度のオ
ゾンを発生する。【解決手段】誘電体を介して対向配置された少なくと
も２個の電極１２、１３間に酸素を含むガスを供給して
高電圧を印加し、放電を発生させて上記放電によりオゾ
ンを発生させるものにおいて、少なくとも一方の電極表
面に誘電体を皮膜するとともに、上記両電極を各々冷却
する冷却機構を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾン発生装置、
特に大容量および高濃度のオゾンを効率よく発生させる
ことを可能としたコンパクトなオゾン発生装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図２１は、オゾナイザハンドブック（２
５３頁、図３．９、コロナ社、昭和３５年６月１５日発
行）記載の従来のオゾン発生装置を示す構成図である。
図において、１は電源、７は冷却媒質入口、９は圧力容
器、１０はオゾン出口、１１は原料ガス入口、３７は冷
却水、３８は内面に導電膜が施されたガラス管、３９は
ステンレス管、４０は放電空間である。

【０００３】次に動作について説明する。原料ガス入口
１１より空気を圧力容器９内に導入し、圧力容器９内に
配置されたガラス管３８内の導電膜とステンレス管３９
とに交流高電圧を印加し、放電空間４０において放電を
発生させ、オゾンを発生させる。なお、放電空間におけ
るガスの温度上昇を防ぐために冷却水３７をステンレス
管に導入し、放電空間におけるガスを冷却し、生成した
オゾンの熱分解を抑制している。この場合のオゾン発生
量は１時間あたり数ｋｇとなっている。従来から、大容
量のオゾンを発生させるためには、放電空間の面積を拡
大すればよいことが知られている。従って、図２１のオ
ゾン発生装置において大容量のオゾンを発生させるため
には、挿入するガラス管の本数を増加させればよい。し
かし、１時間あたり数十ｋｇまたは数百ｋｇのオゾンを
発生させるためには膨大な本数のガラス管が必要とな
り、オゾン発生装置の組立も容易ではなく、装置自身の
大きさも非常に大きくなり、設置場所の選択およびコス
ト面に問題が生じる。

【０００４】また、図２２は、オゾナイザハンドブック
（２４９頁、図３．１、コロナ社、昭和３５年６月１５
日発行）記載の、従来の平板型オゾン発生装置を示す構
成図である。図において、１は電源、９は圧力容器、１
０はオゾン出口、１１は原料ガス入口、３７は冷却水、
４０は放電空間、４１はガラス板、４２は中空の金属箱
である。

【０００５】金属製の中空箱４２にガラス板４１を密着
させ、それらを同軸方向に並べ、交互に接地側電極およ
び高電圧電極とし、それらによって形成された放電空間
４０において放電を発生させ、オゾンを生成するもので
ある。また、発生したオゾンは、電極部中央のガス出口
１０より取り出される構造になっている。この装置にお
いて大容量のオゾンを発生させるには、図２１の装置と
同様に放電空間の面積を拡大させればよく、電極１枚あ
たりの面積を増加させるか、または電極数を増加させる
ことになる。図２２の装置は図２１の装置に比べ、大容
量化の際に小型な装置にまとめることができる利点があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のオゾン発生装置
は以上のように構成されており、大容量のオゾンを発生
させるために、その放電面積を増加させればよいのであ
るが、図２１のものにおいては、長さ１ｍ以上の膨大な
数のガラス管を挿入していくため、メンテナンス性が悪
く、また、装置自身が長さ方向および径方向両者ともに
非常に巨大になってしまい、大容量のオゾン発生システ
ムにとっては経済的ではなかった。また、図２２のもの
においては、ガラス板を大口径にしなければならず、上
記ガラス板は大口径になるほど高精度な加工が極めて困
難であり、たとえ製造できても装置組立中に割れやす
く、さらにガラス板の数も増加し、装置の部品点数の増
加も避けられず、メンテナンス性が悪くなる。また直径
が３００ｍｍ未満であれば１ｋｇ／ｈのオゾンを得るだ
けでも、放電空間が２０程度必要となり径方向の縮小は
実現できても、長さ方向の増大は避けられない。また電
極に冷却機構を備えていても、直径が３００ｍｍ以上と
なると高平面度加工が困難で、放電空隙長を精度良く極
めて短くすることができなかった。放電空隙長を短くで
きないということは、放電空間のガスの冷却が十分にで
きず、生成したオゾンの熱分解を抑制することが困難と
なり、効率よいオゾン発生ができないということであ
る。この結果、放電空間におけるガスの上昇を十分に抑
えられず、高濃度のオゾンを発生させることが難しかっ
た。以上のように、従来のオゾン発生装置は、オゾン生
成コストが高く、低濃度オゾンを大きい消費電力で生成
していた。その結果、下水処理やパルプ漂白といった大
容量かつ高濃度のオゾンの利用が極めて有効とされてい
る用途への利用が経済的ではなかった。また、産業への
オゾンの適用が敬遠されがちであったのは上記理由に因
るところが大きい。そのために、下水処理など大容量の
オゾンを必要とする分野への経済的なオゾン発生装置に
は、１放電空間あたりのオゾン発生量を増加させ、長さ
方向の装置の拡大を抑制し、さらに高平面度を保つ冷却
機構を備えた大口径電極の形成技術、高平面度を有する
大口径誘電体層の形成が必要となる。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、小型なオゾン発生装置で大容量
かつ高濃度のオゾンを効率よく供給することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の構成に
よるオゾン発生装置は、誘電体を介して対向配置された
少なくとも２個の電極間に酸素を含むガスを供給して高
電圧を印加し、放電を発生させて上記放電によりオゾン
を発生させるものにおいて、少なくとも一方の電極表面
に誘電体を皮膜するとともに、上記両電極を各々冷却す
る冷却機構を備えたものである。

【０００９】この発明の第２の構成によるオゾン発生装
置は、上記第１の構成によるものにおいて、電極の直径
が３００ｍｍ以上のものである。

【００１０】この発明の第３の構成によるオゾン発生装
置は、上記第１または第２の構成によるものにおいて、
電極が、放電面に沿って分離された第１部材と第２部材
とより構成され、上記第１部材と第２部材とを接合する
ことにより一体化したものである。

【００１１】この発明の第４の構成によるオゾン発生装
置は、上記第３の構成によるものにおいて、電極内に、
電極の厚さ方向に亘った補強部材を、周方向に沿って３
０度以下の間隔で設置したものである。

【００１２】この発明の第５の構成によるオゾン発生装
置は、上記第４の構成によるものにおいて、電極がリン
グ形状をしており、上記補強部材を、電極内半径＋（電
極外半径−電極内半径）／２の半径を持つ同心円に沿っ
て配置したものである。

【００１３】この発明の第６の構成によるオゾン発生装
置は、上記第３の構成によるものにおいて、第１部材と
第２部材の電極内側に、各々、電極リブを、周方向に沿
って３０度以下の間隔で設置したものである。

【００１４】この発明の第７の構成によるオゾン発生装
置は、上記第６の構成によるものにおいて、電極リブが
放熱フィンを兼ねるように構成したものである。

【００１５】この発明の第８の構成によるオゾン発生装
置は、上記第１ないし第３のいずれかの構成によるもの
において、電極内に、直径１インチ以上の金属製パイプ
による冷却媒質を誘導する冷却用配管を設置したもので
ある。

【００１６】この発明の第９の構成によるオゾン発生装
置は、上記第１ないし第３のいずれかの構成によるもの
において、冷却媒質を電極下部から電極内に導入し、電
極を一様に冷却するように構成したものである。

【００１７】この発明の第１０の構成によるオゾン発生
装置は、上記第１ないし第３のいずれかの構成によるも
のにおいて、両電極が中央部にガス流出口を有するリン
グ形状をしており、同一電極面において放射状の複数の
放電空間を形成する放射状金属板を、電極間に設置する
とともに、上記放射状金属板を、上記ガス流出口および
電極側面において固定するようにしたものである。

【００１８】この発明の第１１の構成によるオゾン発生
装置は、上記第１ないし第３のいずれかの構成によるも
のにおいて、過電流防止ヒューズを電極側面に固定する
構成としたものである。

【００１９】この発明の第１２の構成によるオゾン発生
装置は、上記第１ないし第３のいずれかの構成によるも
のにおいて、電極群を支持する支持棒を備え、上記支持
棒が冷却用ヘッダを兼ねるものである。

【００２０】この発明の第１３の構成によるオゾン発生
装置は、誘電体を介して対向配置された少なくとも２個
の電極間に酸素を含むガスを供給して高電圧を印加し、
放電を発生させて上記放電によりオゾンを発生させるも
のにおいて、電極材料としてアルミニウム合金を用い、
上記電極を高濃度オゾンガスまたは高濃度オゾン水に曝
すことにより、放電面に酸化皮膜が形成された電極とす
るものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１によるオゾン発生装置を示す概略構成図で
あり、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線での断面構成
図である。図において、１は電源、２はフランジ、３は
電極支持棒、４はウイング、５は配管、６は冷却用ヘッ
ダ、７は冷却媒質出入口、８は架台、９は圧力容器、１
０はオゾン出口、１１は原料ガス入口、１２はリング状
の高電圧電極、１３はリング状の接地側電極である。な
お、図示しないが、高電圧電極１２または接地側電極１
３の少なくとも一方の電極表面には誘電体が皮膜されて
いる。

【００２２】圧力容器９内に原料ガスを導入し、直径３
００ｍｍ以上の金属製電極である接地側電極１３と高電
圧電極１２と間に形成された放電空間に放電を発生さ
せ、オゾンを生成する。生成オゾンは電極中央のオゾン
流出口を通り、オゾン出口１０より取り出される。放電
空間の冷却は、冷却媒質を冷却用ヘッダ６および配管５
にて電極内に送受して行っている。また、電極は各々左
右にウイング４を有し、架台８に固定された２本の電極
支持棒３にウイングを用いてぶら下げる。電極を設置し
たあとガスシール機構を備えたフランジ２で締め付け、
固定する構造をとっている。そのため、組立および電極
数の増減、すなわちメインテナンスが容易となってい
る。また、電極群および冷却用ヘッダなどすべての部品
は架台８に搭載されているので組立・メインテナンスの
際は、圧力容器９から架台８を引き出し、圧力容器９外
で作業を行い、作業後、再び架台８を圧力容器９内に押
し入れることになる。

【００２３】オゾン発生装置はその放電面積を拡大すれ
ばオゾン発生量が増大することが知られており、１放電
空間あたりのオゾン発生量を増加させることで装置の小
型化を図ることができる。図１では、極めて大容量のオ
ゾンを必要とする下水処理やパルプ漂白などの用途への
適用も可能となるように、直径３００ｍｍ以上の電極と
した。

【００２４】図２（ａ）（ｂ）に本実施の形態における
電極の断面図を示す。図において、１４は補強パイプ、
１５はリブ、１６は冷却用配管である。図に示すよう
に、接地側電極１３と高電圧側電極１２は電極外周部分
のくぼみ１３ａを持つか否かの違いだけで、その他はす
べて同じ構造とし、量産の際の低コスト化に有効となる
ようにした。接地側電極１３の外周部のくぼみ１３ａ
は、沿面放電を防止するために効果的である。

【００２５】前述のように、従来、オゾン発生装置に使
用する誘電体としてガラス板やセラミクス焼結板などを
用いていたが、直径３００ｍｍ以上の大口径になると、
製造上の困難や高コスト化、割れやすいなどの不具合が
生じていた。そこで、本実施の形態では、溶射、ＣＶＤ
などにより誘電体を金属製電極両面に皮膜して直径３０
０ｍｍ以上の大口径のオゾン発生装置用電極を実現し
た。また、電極に誘電体を皮膜することにより、電極と
誘電体を一体化でき、装置の部品点数も削減できた。

【００２６】また、図１および図２に示した本実施の形
態によるオゾン発生装置においては、接地側電極１３だ
けでなく、高電圧電極１２にも冷却機構を備えることに
より高濃度のオゾンを発生させるこが可能となった。

【００２７】本実施の形態によるオゾン発生装置におい
ては、電極の直径が２００ｍｍで接地側電極のみに冷却
機構を備えた従来のオゾン発生装置に比較して、１０倍
以上のオゾン発生量が得られた。

【００２８】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２による電極の加工断面図を示す。補強部材としての補
強パイプ１４、リブ１５、および冷却用配管１６を有す
る冷却板１７と、リブ１５を有する端板１８に分離して
加工し、その両者を溶接またはろう付けにて接合して電
極を製作する。この製作方法により直径３００ｍｍ以上
で、かつ冷却機構を有する高平面度の電極が構成でき
る。本実施の形態の電極の面精度は▽▽▽で、平面度公
差は０．０５以下にでき、極めて高精度に加工できるこ
とが判明した。

【００２９】また、電極内部に冷却媒質を導入するた
め、その漏れを防ぐことが重要である。図４に示すよう
に、Ｂ．Ｎｉ（Ｎｉろう）によるろう付け型電極１９、
または溶接型電極２０を製作し、漏れ対策を施した。こ
の場合、中心パイプ２１、２２、および補強パイプ１４
の形状をそれぞれ図のように、ろう付け型は電極面に各
々くぼみをつけてろう材（Ｎｉろう）をおけるように
し、溶接型はくぼみをつけない形状として接合した。両
者ともに前記精度の電極の製作が可能であるが、ろう付
け型の方が溶接型に比べて、加工歪みが少なく、より高
精度な電極を製作できる。なお、図において、Ｗ．Ｔは
所定水圧に耐えうる接合具合を示す。

【００３０】また、上記電極表面に誘電体を溶射する際
は、ボンドコートとしてＮｉ−Ｃｒを下地溶射し、その
上に誘電体を溶射する。その誘電体の表面精度は中心線
平均粗さを１０μｍ以下とした。誘電体の表面精度を高
めるためには、まず基材となる電極の表面精度および平
面度が高くなくてはならない。そのため、図３および図
４（ａ）（ｂ）に示すような電極構成とし、誘電体面に
も十分な表面精度があらわれるようにする。

【００３１】実施の形態３．図５（ａ）（ｂ）は本発明
の実施の形態３による電極の断面図および平面構成図で
ある。図において、２３はオゾン流出口（ガス流出
口）、２４は配管入口フランジ２５は配管出口フラン
ジである。図に示すように、電極内部に補強パイプ１４
を１２本、かつ周方向に沿って３０度間隔、かつ電極内
半径＋（電極外半径−電極内半径）／２の半径をもつ同
心円に沿って配置した電極を製作した。このような構成
とすることにより、ガス圧力と冷却媒質圧力の圧力差に
よる凹凸や歪みが生じることがなく、電極表面の高精度
・高平面度が保たれ、放電空間長を常に一定に保つこと
が可能であるこということが判明した。

【００３２】図５（ｂ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面
図、および外周・内周単純支持モデルを図６に示す。文
献「ＲａｙｍｏｎｄＪ．ｅｔ．ａｌ．著“Ｆｏｒｍｕ
ｌａｓｆｏｒＳｔｒｅｓｓａｎｄＳｔｒａｉ
ｎ”（３３９頁、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌｉｎｔ、１
９８６年）」記載の外周−内周単純支持モデルによる
と、電極外半径ａ、電極内半径ｂ、板厚ｔの円輪板にお
ける等分布荷重の最大歪み量δ_max は δ_max＝Ｋ₁・ｐａ⁴／Ｄただし、Ｄ＝Ｅｔ³／１２（１−ν²）で表される。ここで、ｐは圧力、Ｅはヤング率、νはポ
アソン比、Ｋ₁ はｂ／ａにより決まる定数である。断面
Ａ−Ａにおいて、補強パイプが無い場合、ａ＝２５［ｃ
ｍ］、ｂ＝６［ｃｍ］、ｔ＝０．５［ｃｍ］、ｐ＝３
［ｋｇｆ／ｃｍ² ］、Ｅ＝２×１０⁶ ［ｋｇ／ｃｍ
² ］、ν＝０．３、Ｋ₁ ＝０．００３５を用いてδ_max
を計算すると、δ_max＝０．１７９［ｃｍ］となる。し
かし、電極内半径＋（電極外半径−電極内半径）／２の
半径の同心円に沿って補強パイプ１４を設置すると、外
周側よりδ_max＝０．０１５、δ_max＝０．０１３［ｃ
ｍ］となり、極めて歪みを緩和している。さらに電極内
半径＋（電極外半径−電極内半径）／３の半径をもつ同
心円、および電極内半径＋２×（電極外半径−電極内半
径）／３の半径をもつ同心円に沿って補強パイプ１４を
配置すると、外周側よりδ_max＝０．００７７、δ_max
＝０．００３９、δ_max＝０．００２４［ｃｍ］とな
り、さらに歪みを緩和できることになる。したがって、
補強パイプ１４を図５のように設置することにより凹凸
や歪みを極力避けることができる。

【００３３】また、図５（ｂ）におけるＢ−Ｂ線に沿っ
た断面図、および外周単純支持モデル図を図７に示す。
機械工学便覧Ａ４材料力学（５３頁、日本機械学会編、
１９９４年１１月３０日発行）記載の外周単純支持モデ
ルによると半径ａ、板厚ｔの円板における等分布荷重の
最大歪み量δ_maxはポアソン比を０．３とすると δ_max＝０．６９６ｐａ⁴／Ｅｔ³ で表される。ここで、ｐは圧力、Ｅはヤング率である。
ここで、３０度間隔に補強パイプ１４が設置されている
場合について補強パイプ間の歪みをｐ＝３［ｋｇｆ／ｃ
ｍ² ］、Ｅ＝２×１０⁶［ｋｇ／ｃｍ² ］を用いて計算
すると、δ_max ＝０．００２２［ｃｍ］、４５度間隔で
はδ_max＝０．０１［ｃｍ］、６０度間隔ではδ_max＝
０．０３［ｃｍ］となり、３０度を超える角度で補強パ
イプを配置すると、３０度間隔の場合の最大歪み量より
一桁大きい値になる。したがって、補強パイプは３０度
以下の角度で配置するのがよい。

【００３４】実施の形態４．図８（ａ）（ｂ）は本発明
の実施の形態４による電極の断面図および平面構成図で
ある。電極表面の高精度・高平面度を保ち、放電空間長
を常に一定に保つためには、実施の形態３における補強
パイプ１４の代わりにリブ１５を設置してもよい。図８
に示すように、冷却板１７と、端板１８それぞれの電極
内部側にリブ１５を周方向に沿って３０度間隔で配置す
ることにより放電空間長を一定に保つことが可能である
ということが判明した。さらに、その際のリブ１５は高
さ１３ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ１３０ｍｍのものを配置す
れば、補強パイプ同様の効果があることが判明した。

【００３５】なお、図９（ａ）（ｂ）に示すように、リ
ブ１５を１５度間隔で配置し、その数を増加させると、
さらに放電空間長を一定に保つのに効果的である。

【００３６】実施の形態５．さらに、完全に放電空間長
を一定に保つためには、電極内部に補強パイプ１４とリ
ブ１５の両者を備えることが有効である。図１０（ａ）
（ｂ）に示すように、電極内部に補強パイプ１４を１２
本、およびリブ１５を３０度間隔で交互に配置すると、
極めて精度良く、放電空間長を一定に保つことが可能で
あることが判明した。

【００３７】実施の形態６．図１１（ａ）（ｂ）は本発
明の実施の形態６による電極の断面図および平面構成図
である。本実施の形態において、冷却用配管１６は直径
１インチ以上のものであり、電極内部において配管入口
フランジ２４から電極下部に向かって外周に沿わせた形
に配置し、出口側は電極上部から外周を沿わせ配管出口
フランジ２５に至るように配置してある。電極内部に大
容量かつ高圧力の冷却媒質を誘導するため、および電極
内部の冷却媒質の循環を効率よくするために、直径１イ
ンチ以上の冷却用配管１６を配置すると効果的である。
なお、配管出口フランジ２５側の冷却用配管には１０度
間隔に直径５ｍｍの穴を設けてあり、冷却媒質の循環性
を向上させている。

【００３８】図１１において、冷却媒質は電極下部から
侵入し、上部まで充填しながら出口配管から排出される
ために電極内部を一様に冷却できる。また、実施の形態
４におけるリブ１５を電極内部に設置することで、電極
表面を流れるガスの流れと電極内部の冷却媒質の流れが
同一となり、冷却を効率よく行うことが可能となる。

【００３９】図１２（ａ）（ｂ）は冷却用配管１６を配
置した電極にリブ１５を配置した図である。実施の形態
４において電極の補強の役割を果たしたリブ１５が冷却
に至っては同時に放熱フィンの役割を果たし、冷却の効
率を上昇させることができる。フィンによる放熱量はフ
ィンの表面積に比例するので、冷却媒質に対するフィン
の接触面積を増加させることにより効率のよい冷却が可
能となる。

【００４０】また、リブ１５を図９に示すように、１５
度間隔に配置すると同様にフィンの表面積を増加させる
ことになり、３０度間隔の場合の２倍程度放熱量が上昇
し、冷却の効率を向上させることが可能である。

【００４１】リブ１５の形状は、高さ１３ｍｍ、幅４ｍ
ｍ、長さ１３０ｍｍの断面長方形の直線フィンとした。
伝熱工学資料（２０２〜２０３頁、日本機械学会、昭和
６１年１０月２０日発行）によれば、フィン材質の熱伝
導率をλ［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、フィン表面の熱伝達率を
ｈ₀ ［Ｗ／（ｍ²・Ｋ）］、フィン高さをＷ［ｍ］、フ
ィン根元におけるフィン厚さの１／２をｙ［ｍ］とする
と、フィン効率φは、 φ＝ｔａｎｈｕ／ｕただしｕ＝Ｗ√（ｈ₀／λｙ）で表される。したがって、ここでフィン材質をステンレ
スとし、λ＝２０、ｈ₀＝５０と仮定すると、上記形状
のフィン効率は０．９９となる。

【００４２】さらに、フィンによる放熱量はフィン効率
にも比例する。したがって、熱伝導率の高い金属でリブ
を製作するとさらに効果的な冷却が可能となる。例えば
上記数値にフィン材質をアルミニウム（λ＝２００）に
変えた場合、フィン効率は０．９９７となる。

【００４３】実施の形態７．図１３（ａ）（ｂ）は放熱
量を増加させるために、リブ１６の高さおよび幅は実施
の形態６と同様にし、リブの数および長さを増加させて
表面積を増加させたものである。このようにリブを横方
向に配置してもリブが流路を形成し、電極は一様に冷却
される。さらに図１４（ａ）（ｂ）のように、冷却板１
７と端板１８のリブの長さをそれぞれ長くし、互い違い
に配置してもよい。こうすると、フィンの高さを高くす
ることができ、フィン効率が上昇、さらに表面積の増加
により飛躍的な放熱量の上昇が可能となる。

【００４４】実施の形態８．図１５はこの発明の実施の
形態８によるオゾン発生装置に用いる放射状金属板を示
す構成図であり、図１５（ａ）は断面構成図、図１５
（ｂ）は平面構成図である。図において、２６は接地側
電極と高電圧電極の間に極短放電空間を形成するために
挿入する放射状金属板である。２７は中心リング、２８
は切り込みである。従来、このような金属板２６が電極
に確実に固定できず、特に図１のように電極を水平に設
置しない場合は、落ちたり、その位置がずれるなどとい
った不具合が生じていた。これらの不具合のため、電界
集中により電極表面の誘電体が絶縁破壊を起こすことも
あった。すなわち、装置の組立の度に、または作業者ご
とにその固定位置が変化してしまっていた。そこで、本
実施の形態では、図１５に示すように、放射状金属板２
６に中心リング２７を設け、なおかつそれに切れ込み２
８を入れた。図１６（ａ）（ｂ）にこの金属板２６と電
極との組み合わせを示す。図１６に示すように、中心リ
ング２７の内径をオゾン流出口２３の径と全く同一に製
作し、切り込みによりリング径を縮小させて、オゾン流
出口２３にはめ込む。そうすることで、リング２７が拡
張し、オゾン流出口２３に固定され、放射状金属板２６
の離脱がなくなる。なお、形状を放射状とするのは、ガ
スの流れに合わせているためである。

【００４５】また、放射状金属板２６の先端部は折り曲
げ加工を施し、電極側面の止め金具２９にはめ込むこと
で位置を決定できる。これにより、組立の度や作業者の
違いによる位置の変化は生じず、常に同一の位置に設置
できる。

【００４６】なお、放射状金属板２６の内側を中心リン
グ２７に接合する際は、十分に曲面ができるように折り
曲げ、また電極外周においての先端の折り曲げも同様に
十分に曲面ができるように折り曲げてエッジ部への電界
の集中を緩和するとよい。

【００４７】また、このような放射状金属板２６を絶縁
体で製作してもよい。このようにすれば、上記エッジ部
における電界集中を考慮せずともよい。

【００４８】実施の形態９．図１７（ａ）（ｂ）は本発
明の実施の形態９による電極の側面構成図および平面構
成図である。図において、３０はヒューズ取り付け板、
３１は過電流防止ヒューズ、３２はヒューズクリップ、
３３は碍子、３４は過電流防止ヒューズ止め金具であ
る。図１７に示すように、放射状金属板先端部を取り付
ける止め金具２９と過電流防止ヒューズを取り付ける止
め金具３４を同一電極側面に設け、電極と一体化した。
ヒューズを設置する空間を節約でき、装置の小型化が可
能となる。なお、高電圧電極側にはヒューズの止め金具
と同様の給電線取り付け金具を設置し、ヒューズからの
給電線をその金具に配し、高電圧を給電している。した
がって、給電線も極めて短くできる。

【００４９】また、過電流防止ヒューズはオゾン発生装
置の高電圧電極の数だけ取り付ける。しかし、圧力容器
内においてオゾンを発生中にこの過電流防止ヒューズで
はいったん過電流が流れ、ヒューズがきれてしまうと二
度とそのヒューズを介している高電圧電極は使用できな
い。もちろん、圧力容器から電極部を取り出し、誘電体
が絶縁破壊を起こしていなければ、ヒューズを交換する
ことで再び使える。すなわち過電流に対してはＯＦＦは
できるが再投入はできない。そこで、ヒューズの代わり
に外部からのスイッチでＯＮもＯＦＦもできる遮断器を
用いれば、過電流が流れた際には自動的にＯＦＦにな
り、誘電体が絶縁破壊を起こしていなければ、電源側の
調整後、再びＯＮにすることができる。また、オゾン発
生装置における最大オゾン発生量が必要でない場合は高
電圧電極を意図的に必要でない数だけ遮断し、放電空間
を減少させることができる。遮断器のスイッチを圧力容
器外に露出しておけば、これにより、オゾンの発生量を
電源側からの電圧調整・電流調整での制御だけでなく、
遮断器による極めて容易な制御も可能となる。

【００５０】実施の形態１０．図１８は本発明の実施の
形態１０によるオゾン発生装置の主要部を示す概略構成
図である。本実施の形態は、図１において電極の下部に
設置してあった冷却用ヘッダ６を、電極を支持している
２本の電極支持棒が兼ね、電極の下部の空間を節約しよ
うという構造である。これにより、大幅な装置の小型化
が実現できる。

【００５１】接地側電極と高電圧電極の両者に冷却媒質
を導入する場合、両電極間およびその配管（冷却用ヘッ
ダと電極を結ぶ）間には絶縁性が必要となる。そのため
に図１８における電極支持棒兼冷却用ヘッダ６に絶縁体
によるカバーやコーティングを施す、または電極のウイ
ング４を絶縁体で製作することになる。さらに冷却媒質
に水を用いる場合は、水質管理を行った純水やイオン交
換水を用いることになる。

【００５２】また、図１９に示すように、図１８におけ
るオゾン発生装置に加えて、電極に下部ウイング３５お
よび下部電極支持棒３６を設置し、図１８の電極支持棒
兼冷却用ヘッダ２本と合わせて３本の軸にて電極を固定
するという方法もある。空間の節約という面においては
前記２本の方が有利であるが、この方法では、３点にお
いて平板電極を固定できるために中心位置が自動的に決
定し、電極群の組立に極めて有利な構造となる。

【００５３】実施の形態１１．図２０は本発明の実施の
形態１１によるオゾン発生装置の主要部を示す概略構成
図である。図２０に示すように、電極支持棒が冷却水ヘ
ッダ６を兼ね、電極群を垂直方向に積層していくことで
も、装置の小型化が実現できる。ただし、ウイング４の
形状は図のように変更する。水平方向に積層する図１の
構造では装置自身の容積の他に架台を引き出す作業空間
を必要としていたが、図２０の構造の場合は装置の組立
は圧力容器９を上昇させて固定して行うため、作業空間
が極めて小さくできる。

【００５４】実施の形態１２．オゾン発生装置の軽量化
を実施するためには、金属製電極をアルミニウム合金な
どの軽金属または軽合金にて製作すればよい。一般にス
テンレスが用いられるが、ステンレスの密度が約８００
０ｋｇ／ｍ³ に対し、アルミニウム合金は約３０００ｋ
ｇ／ｍ³ と１／２以下となり、十分な軽量化が図れる。
ただし、冷却媒質として水を用いる場合、アルミニウム
合金の錆を防止するために水質管理されたイオン交換水
を冷却水として用いなければならない。さらに錆の防止
として、電極を高濃度オゾンガスまたは高濃度オゾン水
に曝す、またはアルマイト処理を施すなど、電極面およ
び電極内部（水路）に酸化皮膜を形成すれば効果的であ
る。

【００５５】また、アルミニウム合金を用いることに限
らず、オゾン発生装置という高電圧装置には水はできる
ならば使用を避けたい。純水やイオン交換水を用いれ
ば、その製造装置が必要であり、コストも高くなる。そ
こで、冷却媒質にＳＦ₆ ガスを用いたオゾン発生装置の
実現も可能である。ＳＦ₆ ガスはガス遮断機やガス絶縁
変圧器などに利用されており、その絶縁性、不燃性およ
び冷却特性が生かされている。そこで、オゾン発生装置
に対してガス−空気用冷却器などを設け、外部ファンに
よりＳＦ₆ ガスを冷却し、オゾン発生装置に循環させ
る。ガス漏れに際しては、圧力センサーなどの設置によ
り監視できる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、この発明の第１の構成に
よれば、少なくとも一方の電極表面に誘電体を皮膜する
とともに、誘電体を介して対向配置する両電極を各々冷
却する冷却機構を備えたので、大口径な電極においても
効率よい冷却と精度のよい極めて短い放電空間長が実現
でき、さらに小型なオゾン発生装置で、大容量かつ高濃
度のオゾンが発生できる。

【００５７】この発明の第２の構成によれば、上記第１
の構成によるものにおいて、電極の直径を３００ｍｍ以
上としたので、大容量のオゾンが発生でき、下水処理や
パルプ漂白といった大容量かつ高濃度のオゾンの利用が
極めて有効とされている用途への利用が可能となる。

【００５８】この発明の第３の構成によれば、上記第１
または第２の構成によるものにおいて、電極が、放電面
に沿って分離された第１部材と第２部材とより構成さ
れ、上記第１部材と第２部材とを接合することにより一
体化したので、高精度および高平面度な大口径の電極の
製作が可能となる。

【００５９】この発明の第４の構成によれば、上記第３
の構成によるものにおいて、電極内に、電極の厚さ方向
に亘った補強部材を、周方向に沿って３０度以下の間隔
で設置したので、オゾン発生時の放電空間長を一定に保
つことが可能となる。

【００６０】この発明の第５の構成によれば、上記第４
の構成によるものにおいて、電極がリング形状をしてお
り、上記補強部材を、電極内半径＋（電極外半径−電極
内半径）／２の半径を持つ同心円に沿って配置したの
で、オゾン発生時の放電空間長をより一定に保つことが
可能となる。

【００６１】この発明の第６の構成によれば、上記第３
の構成によるものにおいて、第１部材と第２部材の電極
内側に、各々、電極リブを、周方向に沿って３０度以下
の間隔で設置したので、オゾン発生時の放電空間長を一
定に保つことが可能となる。

【００６２】この発明の第７の構成によれば、上記第６
の構成によるものにおいて、電極リブが放熱フィンを兼
ねるように構成したので、効率よい冷却が可能となる。

【００６３】この発明の第８の構成によれば、上記第１
ないし第３のいずれかの構成によるものにおいて、電極
内に、直径１インチ以上の金属製パイプによる冷却媒質
を誘導する冷却用配管を設置したので、大容量の冷却媒
質を高圧力で送ることが可能となる。

【００６４】この発明の第９の構成によれば、上記第１
ないし第３のいずれかの構成によるものにおいて、冷却
媒質を電極下部から電極内に導入し、電極を一様に冷却
するように構成したので、効率よい冷却が可能となる。

【００６５】この発明の第１０の構成によれば、上記第
１ないし第３のいずれかの構成によるものにおいて、両
電極が中央部にガス流出口を有するリング形状をしてお
り、同一電極面において放射状の複数の放電空間を形成
する放射状金属板を、電極間に設置するとともに、上記
放射状金属板を、上記ガス流出口および電極側面におい
て固定するようにしたので、放射状金属板の脱落および
位置のずれの防止ができ、高精度な極めて短い放電空間
長の実現が可能となる。

【００６６】この発明の第１１の構成によれば、上記第
１ないし第３のいずれかの構成によるものにおいて、過
電流防止ヒューズを電極側面に固定する構成としたの
で、装置の小型化が可能となる。

【００６７】この発明の第１２の構成によれば、上記第
１ないし第３のいずれかの構成によるものにおいて、電
極群を支持する支持棒を備え、上記支持棒が冷却用ヘッ
ダを兼ねる構成としたので、装置の小型化が可能とな
る。

【００６８】この発明の第１３の構成によれば、電極材
料としてアルミニウム合金を用い、電極を高濃度オゾン
ガスまたは高濃度オゾン水に曝すことにより、放電面に
酸化皮膜が形成された電極とするので、装置の軽量化が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１によるオゾン発生装
置を示す概略構成図である。

【図２】この発明の実施の形態１における電極を示す
断面図である。

【図３】この発明の実施の形態２における電極を示す
加工断面図である。

【図４】この発明の実施の形態２における電極を示す
説明図である。

【図５】この発明の実施の形態３による電極を示す構
成図である。

【図６】この発明の実施の形態３による電極を示す説
明図である。

【図７】この発明の実施の形態３による電極を示す説
明図である。

【図８】この発明の実施の形態４による電極を示す構
成図である。

【図９】この発明の実施の形態４による他の電極を示
す構成図である。

【図１０】この発明の実施の形態５による電極を示す
構成図である。

【図１１】この発明の実施の形態６による電極を示す
構成図である。

【図１２】この発明の実施の形態６による電極を示す
構成図である。

【図１３】この発明の実施の形態７による電極を示す
構成図である。

【図１４】この発明の実施の形態７による他の電極を
示す構成図である。

【図１５】この発明の実施の形態８によるオゾン発生
装置に用いる放射状金属板を示す構成図である。

【図１６】この発明の実施の形態８による電極を示す
構成図である。

【図１７】この発明の実施の形態９による電極を示す
構成図である。

【図１８】この発明の実施の形態１０によるオゾン発
生装置の主要部を示す概略構成図である。

【図１９】この発明の実施の形態１０によるオゾン発
生装置の主要部を示す概略構成図である。

【図２０】この発明の実施の形態１１によるオゾン発
生装置の主要部を示す概略構成図である。

【図２１】従来のオゾン発生装置を示す概略構成図で
ある。

【図２２】従来の他のオゾン発生装置を示す概略構成
図である。

【符号の説明】

１電源、２フランジ、３電極支持棒、４ウイン
グ、５配管、６冷却用ヘッダ、７冷却媒質出入
口、８架台、９圧力容器、１０オゾン出口、１１
原料ガス入口、１２高電圧電極、１３接地側電
極、１４補強パイプ、１５リブ、１６冷却用配
管、１７冷却板、１８端板、１９ろう付け型電
極、２０溶接型電極、２１ろう付け型中心パイプ、
２２溶接型中心パイプ、２３オゾン流出口、２４
配管入口フランジ、２５配管出口フランジ、２６放
射状金属板、２７中心リング、２８切り込み、２９
放射状金属板用止め金具、３０ヒューズ取り付け
板、３１過電流防止ヒューズ、３２ヒューズクリッ
プ、３３碍子、３４過電流防止ヒューズ用止め金
具、３５下部ウイング、３６下部電極支持棒、３７
冷却水、３８ガラス管、３９ステンレス管、４０放電
空間、４１ガラス板、４２中空金属箱。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者太田幸治東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体を介して対向配置された少なくと
も２個の電極間に酸素を含むガスを供給して高電圧を印
加し、放電を発生させて上記放電によりオゾンを発生さ
せるものにおいて、少なくとも一方の電極表面に誘電体
を皮膜するとともに、上記両電極を各々冷却する冷却機
構を備えたことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】電極の直径が３００ｍｍ以上であること
を特徴とする請求項１記載のオゾン発生装置。
【請求項３】電極は、放電面に沿って分離された第１
部材と第２部材とより構成され、上記第１部材と第２部
材とを接合することにより一体化したものであることを
特徴とする請求項１または２記載のオゾン発生装置。
【請求項４】電極内に、電極の厚さ方向に亘った補強
部材を、周方向に沿って３０度以下の間隔で設置したこ
とを特徴とする請求項３記載のオゾン発生装置。
【請求項５】電極はリング形状をしており、補強部材
を、電極内半径＋（電極外半径−電極内半径）／２の半
径を持つ同心円に沿って配置したことを特徴とする請求
項４記載のオゾン発生装置。
【請求項６】第１部材と第２部材の電極内側に、各
々、電極リブを、周方向に沿って３０度以下の間隔で設
置したことを特徴とする請求項３記載のオゾン発生装
置。
【請求項７】電極リブが放熱フィンを兼ねるように構
成したことを特徴とする請求項６記載のオゾン発生装
置。
【請求項８】電極内に、直径１インチ以上の金属製パ
イプによる冷却媒質を誘導する冷却用配管を設置したこ
とを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のオ
ゾン発生装置。
【請求項９】冷却媒質を電極下部から電極内に導入
し、電極を一様に冷却するように構成したことを特徴と
する請求項１ないし３のいずれかに記載のオゾン発生装
置。
【請求項１０】両電極は中央部にガス流出口を有する
リング形状をしており、同一電極面において放射状の複
数の放電空間を形成する放射状金属板を、電極間に設置
するとともに、上記放射状金属板を、上記ガス流出口お
よび電極側面において固定するようにしたことを特徴と
する請求項１ないし３のいずれかに記載のオゾン発生装
置。
【請求項１１】過電流防止ヒューズを電極側面に固定
する構成としたことを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項１２】電極群を支持する支持棒を備え、上記
支持棒が冷却用ヘッダを兼ねることを特徴とする請求項
１ないし３のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項１３】誘電体を介して対向配置された少なく
とも２個の電極間に酸素を含むガスを供給して高電圧を
印加し、放電を発生させて上記放電によりオゾンを発生
させるものにおいて、電極材料としてアルミニウム合金
を用い、上記電極を高濃度オゾンガスまたは高濃度オゾ
ン水に曝すことにより、放電面に酸化皮膜が形成された
電極とすることを特徴とするオゾン発生装置。