JPS6114105A - 冷却式内部電極を有する管状オゾン発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載され
た管状オゾン発生器に関する。

従来技術 従来の管状オゾン発生器は、−有利には特殊鋼から成る
外部電極と、ガラス管の内壁に設けられた導電層の形の
内部電極とを有している。特殊鋼管の内壁とガラス管の
外壁との間にある環状空間は放電空隙を形成している。

発明の解決すべき問題点 外部電極の冷却には何の困難もない。しかし内部電極の
場合は、出力密度を上げるためＮなおざりにできないの
で、事情が異なる。例えばドイツ連邦共和国特許出願公
開第２５３７１２４号公報で提案されたように、内部電
極ないしガラス管に冷却流体を直接作用させることもで
きる。

しかしそうすると、誘電性の管が破損した時に冷却流体
が放電空間へ流入し、間接損害を生じさせる危険がある
。従って、内部冷却路を耐圧が高く強靭な材料から構成
しなければならない。

そのために例えば、外部冷却路に用いられる特殊鋼を使
用することもできる。

従来は、上述の特殊鋼管上に誘電体を形状連結する必要
があった。なぜなら、誘電体と内部電極（鋼管）との間
に空隙があってはならないからである。そうでないと、
空隙の中で放電が生じてエネルギーの損失が生じ、また
熱伝導効率も悪くなる％（０，５ｔｒａｎの執隙０．５
ｍの際熱伝導効率が悪いために内部冷却の意味がなくな
る。）本発明の課題は、初めに述べた管状オゾン発生器
において、その動作の安定性を妨げることなく、同時に
誘電体を効率的に冷却できるような内部冷却法を提供す
ることである。

問題点を解決するだめの手段 この課題は、特許請求の範囲第１項の特徴部分に記載の
構成によシ解決される。

発明の作用および効果 本発明の主要な利点は、比較的壊れやすい誘電体が破損
しても、放電空間に冷却流体が流れ込まないことである
。従って、これまで不可欠であった上述の障害に対する
保護手段を省略することができる。他方、伸縮ギャップ
によって冷却作用が阻害さ３れることはほとんどない。

この場合伸縮ギャップは、冷却体が最大動作温度または
それ以上に加熱された時でも誘電体の管に力が伝達され
ないように、構成されている。

原理的には、２種類の冷却体を使用することができるニ ー１つは、誘電体の管の中に冷却管が挿入される。この
冷却管の外径は、誘電体の管の内径よりわずかだけ小さ
い。この隙間に生じる０、５〜１．５ｆｉ幅の環状空隙
には、熱伝導性の良い注入材料、例えば電気素子のモー
ルドに用いられるような合成樹脂材料が充填される。

−もう１つの場合には、誘電性の管が低融点の金属合金
によって鋳込まれる。この場合、冷却チャネルも−緒に
鋳込み形成される。これは、例えば、冷却管、冷却コイ
ルまたは冷却ホースを事前に挿入することによって行な
われる。

どちらの場合でも本発明にとって重要なことは、コンパ
ウンド材料および封入物（冷却管等）が充填の際に加熱
され、コンパウンド材料が冷却した時に収縮によって上
述の伸縮ギャップが　　　　へ生じることである。

特許請求の範囲第２項に記載した本発明の実施例は、特
に簡単かつ経済的に構成することができる。冷却管は、
適当な材料から製作できる。

熱伝導は、注入材料の比軟的薄い層によって（それが合
成樹脂の層であっても）はとんど影響を受けない。

特許請求の範囲第３項および第４項記載の構成によれば
、片側から冷却流体が流入、流出する管状オゾン発生器
において、冷却流体を所望通り冷却管の内部へ導くこと
ができる。また特許請求の範囲第５項、第６項の構成に
よれば、より良好に冷却流体を冷却管の中へ導ける。つ
まりそこでは、管状オゾン発生器の一方の端部から冷却
流体が供給され、他端から排出されるのである。

新しい研究によると、オゾン発生器を両側から冷却し、
放電空隙を非常に狭くすると、管状オゾン発生器の出力
密度を２５　ＫＷｌｔｄまで高めることができる。これ
を実現するには、機械的許容誤差にかなり高い要求が課
される。そのためドイツ連邦共和国特許出願公開第２３
３３’３１．１号公報では、許容誤差が二゛重冷却と結
びつけて論じられている。

工業的に使用される通常のオゾン発生器は、例えばドイ
ツ連邦共和国特許出願公開第３２２００１８号公報の第
９図に記載された構造を有している。

つまり、共通の容器の中に多数のオゾン管が収容されて
いる。各々のオゾン管は外部金属管から成り、その中に
内面が金属化されたガラス管が同心状に配置され、金属
管とガラス管との間には環状空隙が形成されている。

金属管は、管板の形の容器の両端部で溶接されている。

容器の外被と２つの管板により形成される空間に冷却流
体が導かれ、それによって、外部電極を形成する金属管
（アース電位にある）が冷却される。

このような構成をとると、空隙幅をできるだけ一定に保
つために、ガラス管だけでなく金属管の許容誤差も小さ
くする必要がある。また金属管を管板へ取付ける時に歪
まないようにするため、多くの予防措置を講じなければ
ならない。

さらにこの構成には、いろいろな種類の製品に対してさ
まざまな大きさの容器を用意しなければならず、モジュ
ール化は容器の数および大きさに限定されている、とい
う欠点がある。

特許請求の範囲第７項記載の実施例によれば、管状外部
電極の代わシに、冷却チャネルを有し貫通孔の設けられ
た金属ブロックが用いられる。

そうすれば、外部電極の耐久力は著しく高まシ、また自
己保持能力が得られる。外部電極を製造する際には、機
械的、熱的な要求を考慮しなくてもよい。オゾン発生器
は、モジュールとして構成することができる。モジュー
ル化の程度に応じて、冷却能力を阻害せずに、１つある
いはそれ以上のオゾン管を１つのブロックモジュールに
作りつけることができる。ブロックモジュールは、有利
にはアルミニウム鋳物から製造される。例えば、アルミ
ニウムの連続鋳造法は非常に進歩しているので、所要の
機械的許容誤差は容易に保持される。さらにアルミニウ
ムには次のような利点がある。まず、放電の行なわれる
貫通孔（外部電極）を、アルマイト加工によって放電の
衝撃から保護することができる。また、アルミニウムは
極めて良好な熱伝導体なのである。こうして、大きな温
度勾配を生じさせずに、放電による損失熱を冷却箇所へ
放散することができる。モジュールの冷却は、−直接ま
たけ間接に−さまざまな方法で行なうことかできる。

一直接冷却の場合は、放電空隙に浦だ＆７ｉａれを横断
する方向に沿って冷却孔を介して冷却する。

−間接的に行なう時は、隣接するモジュール間にある外
部冷却孔を介して冷却する。

実施例 次に図面を参照しながら実施例について本発明の詳細な
説明する。

第１図は本発明による管状オゾン発生器の第１の実施例
を示している。ここで特殊鋼製の管１は２′″″管板２
・３″間に溶接さＦ′″１７る・　　　　　、管１．管
板２，３と図示していないケーシングとの間に、第１の
冷却空間４が形成されている。

外部冷却用の冷却流体は、この冷却空間４を通って導か
れる。

管１の中には、一端が閉鎖されたガラス管５が配置され
ている。このガラス管はスペーサ６を介して固定され、
管１の内壁とガラス管５の間に環状の空隙７が形成され
ている。ガラス管５の内壁には金属層８が設けられてい
る。この金属層は実質的に、ガラス管５の開口端から閉
成端まで延在している。ここで、管１は管状オゾン発生
器の外部電極またはアース電極を形成し、金属層８は内
部電極を形成している。環状の空隙７はその放電空間で
ある。

ガラス管５の内部には一端が閉鎖された冷却管９が配置
されている。冷却管９は、有利には０．５咽幅の空隙に
よってガラス管５から分離されている。この空隙には、
耐熱性で熱伝導率の良い合成樹脂材１０が充填される。

合成樹脂材形成のために有利には、電気回路のモールド
に用いられるようなエポキシコンパウンド材カ使用され
る。このエポキシコンパウンド材ハ、高い耐熱性（、４
００℃まで）と良好な熱伝導性（約０．９Ｗ／ｍ℃）を
有している。ガラス管の金属層８は、合成樹脂１０に埋
込まれたベリリウム青銅製の接触ばね１１によって冷却
管９と電気接続されている。この接触ばねは、合成樹脂
材を充填する前には、冷却管９とガラス管５を離間する
ためスペーサにも用いられる。

合成樹脂材１０は、有利には次のようにして空隙に充填
される。

ガラス管５の内壁には、合成樹脂技術上普通に用いられ
る分離材、例えばテフロンをベースとするものが設けら
れ、それによって合成樹脂材の付着を防止する。次いで
、ガラス管を立てている場合には、相応量の合成樹脂材
をその中に入れ、続いて冷却管９を押し込む。

冷却管は合成樹脂材を押しのけるので、合成樹脂材はギ
ャップ内に入シ込み、そこを完全に充填する。合成樹脂
材が硬化し、冷却管が固定された後には、熱収縮および
合成樹脂特有の収縮が起るので、合成樹脂材とガラス管
の内壁との間には伸縮ギャップが′残る。この伸縮ギャ
ップは、ガラス管および冷却管の公差と関係なく、ガラ
ス管の全周、全長にわたってほぼ同じ厚さく平均数１０
μ）である。このようにして形成された内部冷却体は、
熱が加わった時に自由に膨張するが、それによってガラ
ス管に力が作用することはない。上のように空隙を充填
すれば、管に２ＫＷの負荷が加わった場合でも、わずか
５℃の温度差しか生じないことが明らかになっている。

接触ばね１１を介゛して冷却管９と金属層８（内部電極
）を電気接続すれば、合成樹脂層には負荷が加わらない
。つまり、合成樹脂層が誘電体として作用することはな
い。また合成樹脂材中の欠陥箇所（空胴）で、障害とな
る放電が起ることもない。

冷却管９の左端はふた１２によって閉鎖され、それを通
って導管１．３．１４が導かれている。

一方の導管１３は冷却管９の閉鎖端のそげまで延びてい
る。他方の導管１４は、ふた１４のすぐ後で冷却−に対
して開口している。冷却管９の壁面領域を強く冷却する
ため、導管１３の直径は冷却管の内部で大きくなってい
る。その結果導管１３と冷却管の壁面との間には数ミ’
）幅の間隙しか生じない。オゾン発生器を作動させるた
めの交流電圧源は、通常アース電位にある管１（外部電
極）と、導管１３捷たは１４との間に接続される。導管
１３．１４は、ふた１２ないし冷却管９、および接触ば
ね１１を介して金属層８（内部電極）と導電接続されて
いる。

冷却管９ないし導管１３．１４と（詳細に示さない）冷
却装置とを電位分離するために、導管１３’、　１４の
延長部に絶縁区間１７が設けられている。

ここで提案しているように内部冷却を行なえば、誘電体
と冷却管との間の熱応力は小さくなる。なぜなら、一方
だけから冷却する場合と違　　　　　′）って、ガラス
には過大な熱が加わらないからである。熱応力は伸縮ギ
ャップに吸収される。今までの説１明から分る通シ、合
成樹脂材とガラス管との間の伸縮スリットは、熱的に大
きな影響は及ぼさない。なぜなら、空隙の幅は１００分
の数ミリ範囲でしか変化しないからである。

第１図に示す実施例では、オゾン発生器の同一端部で冷
却媒体が流入、−流出する。しかし、他の形式のオゾン
発生器で内部冷却を行なうことも、本発明の範囲内に含
まれる。その１例が第２図に示されている。

この実施例では、ガラス管５０両端が開放されている。

冷却管９の両端はふた１　２　、１２’によって閉鎖さ
れ、それを通って導管１３ないし１４が延びている。冷
却管９の中には分流壁体１８が配置されている。この分
流壁体と冷却管９の内壁との間には数ミリ幅の環状空隙
１５が形成されている。そのだめ、冷却管９の壁面に沿
って冷却媒体を導くことができる。それ以外の構成は第
１図のオゾン発生器と同じである。

第１図および第２図の実施例では、合成樹脂材料のかわ
シに、低融点の合金（例えばウッドメタル）から成る金
属の鋳込み材料を使用することもできる。金属は合成樹
脂に比べて熱伝導率が高いので、冷却管９とガラス管内
壁との間の空隙を大きくすることができる。第１図に示
した、ガラス管５の同一端部から冷却媒体が流入、流出
する実施例の変形例が第３図に示されている。ここでは
、ヘアピン状に湾曲した冷却管９１が金属の鋳込み材料
１１′″０中に埋め込まれている。第３図には、冷却管
９ｒ内部電極８を結合する特別の構成は設けられていな
い。なぜなら、冷却体（冷却管デ＋鋳込み材料１１°）
が少くとも局部的に一理想的には直線状に一内部電極に
当接し、それと導電に接続されているからである。この
場合、通常とは違ってガラス管５の内面が金属化されな
いこともある。と言うのも、金属鋳込み１１”が内部電
極の機能を担っているからである。

第４図は直方体１９、っまシアルミニウムからなるブロ
ックモジュールを示している。このブロックモジュール
には、長手方向に延在する第１の貫通孔２０と、それと
平行に延在する５本の第２貫通孔２１とが設けられてい
る。第１の貫通孔２０は放電空隙の外部境界を形成し、
第２貫通孔２１は冷却媒体の通孔を形成している。すべ
ての貫通孔の壁面はアルマイト層（図示せず）で覆われ
る。第１の貫通孔２０の場合、このアルマイト層によっ
て放電時の摩耗、腐蝕等が防止される。第２の貫通孔２
０では、貫流する冷却媒体（通常は水）の侵食作用から
内部壁面が保護される。

第５図に示すブロックモジュールでは、第１の貫通孔２
０が長手方向に延在Ｌ１第２の貫通孔２１は第１貫通孔
と垂直に、ただしそれと交差せずに、延在している。

個々のブロックモジュールは互いに密着して横ないし上
下に重ねられ、公知の手段により相互に結合される。

第６図はブロックモジュール１９の別の実施例を示して
いる。このブロックモジュールでは、貫通孔２０が横に
並べて配置されている。またブロックモジュールの広幅
面には、・はぼ半円形の断面を有する溝２２が設けられ
、この溝は貫通孔２０と垂直に延在している。上下に積
重ねられたブロックモジュールの間に外部冷却管２３が
挿入され、それを通って冷却媒体が導かれる。

冷却管２３によって、長手方向におけるブロックモジュ
ールの相互位置が保持される。また冷却管２３とモジュ
ール１９との間で生じる摩擦力によって、横方向の相互
位置も保たれる。

第４図〜第６図の実施例において、任意の数のブロック
モジュールを相互に積重ねることができる、という利点
は共通している。

第７図は、第６図のブロックモジュール１９を第２図の
オゾン発生器に収容した場合の例を示している。モジュ
ール１９の貫通孔２０の中には、両端の開放されたガラ
ス管５がスペーサ部材６によって同心状に支承されてい
る。貫通孔２０の内壁とガラス管５の外壁との間にある
　　　　へ環状空間は、放電空隙を形成している。貫通
孔の内壁は、アース電位の加わる外部電極を形成してい
る。また金属層８は、高電圧の印加されるオゾン発生器
の内部電極である。

ブロックモジュール１゛９の２つの端面は、絶縁材料（
例えばテフロン）から成る閉鎖部材２４によって、ねじ
２５を介して気密に閉鎖されている。導管１３．１４は
モジュール１９０両側で閉鎖部材２４を通って導かれ、
管状ねじ２６によって閉鎖部材２４へ気密に固定されて
いる。

酸素または酸素を含む混合気は、閉鎖部材２４の穿孔１
７にねじ止めされた適切な接続部材を介して放電空隙９
へ注入される。オゾン濃度が高くなった混合気は、ブロ
ックモジュールの他方の端部から同じようにして排出さ
れる。

本発明の範囲内で、第６図のブロックモジュールを用い
て、一方の側から内部冷却用の冷却媒体を注入、排出す
るオゾン発生器を構成してもよい。もちろん、第４図や
第５図のブロックモジュールを用いても、本発明による
内部冷却を行なうことができる。

発明の効果 本発明によれば、動作の安定性を損なうことなく、オゾ
ン発生器を効率的に内部冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一方から冷却媒体を注入、排出する本発明によ
る内部冷却式管状オゾン発生器の実施例の縦断面図、第
２図は冷却媒体が一方向に流れ不向部冷却式管状オゾン
発生器の実施例の縦断面図、第３図はヘアピン状の冷却
体を有する内部冷却式管状オゾン発生器の実施例の縦断
面図、第４図は冷却チャネルが外部電極と平行に延在す
る第１のブロックモジュールを示ス斜視図、第５図は冷
却チャネルが外部電極と垂直に延在する第２のブロック
モジ、ニールを示１＋視図、第６図は隣接するモジュー
ル間に別個の冷却管が設けられた、上下および横に並べ
て配置されたブロックモジュールを示す斜視図、第７図
は第５図のブロックモジュールに作すツケられたオゾン
発生器の縦断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属製の管状外部電極（１）と、該外部電極の中で
   同軸に配置されかつ誘電材料から成る管（５）とを有し
   、該管と前記外部電極との間に環状の放電空隙（７）が
   形成され、また前記管（５）の内壁に内部電極を形成す
   る金属層（８）が設けられ、さらに前記誘電材料から成
   る管（５）の中に、冷却流体を導く冷却チャネル（９）
   が設けられている、冷却式内部電極を有する管状オゾン
   発生器において、誘電材料から成る管（５）の中に、実
   質的に該管の内部空間の全体を占める冷却体（９）が収
   容され、該冷却体と前記誘電材料から成る管（５）との
   間に伸縮ギャップが設けられ、また冷却体 （９）が内部電極（８）と導電接続されている、ことを
   特徴とする冷却式内部電極を有する管状オゾン発生器。 ２、誘電材料から成る管（５）の中に、冷却流体を導く
   冷却管（９）が冷却体として挿入され、冷却流体は、誘
   電材料から成る管（５）から流出する前に該管（５）の
   内壁に沿つて流れ、冷却管（９）の外径が約１〜１．５
   ｍｍだけ誘電材料から成る管（５）の内径より小さく、
   冷却管（９）が前記管の中に同心状に支承され、冷却管
   （９）と誘電材料から成る管（５）の間にある環状空隙
   に熱伝導性の注入又は鋳込み材料が充填され、内部電極
   （８）と冷却管（９）とを導電接合する素子（１１）が
   設けられている特許請求の範囲第１項記載の冷却式内部
   電極を有する管状オゾン発生器。 ３、誘電材料から成る管（５）および冷却管がその一端
   で閉鎖され、また冷却管の他端がふた（１２）によつて
   閉鎖され、該ふたを通つて、冷却流体の流入、流出導管
   （１３、１４）が導かれ、さらに冷却流体の流入に用い
   られる導管（１３）が冷却管（９）の閉鎖端部まで達し
   ている特許請求の範囲第２項記載の冷却式内部電極を有
   する管状オゾン発生器。 ４、冷却流体を流入するための導管（１３）が冷却管（
   ９）の内部で拡張され、該拡張部と冷却管の内壁との間
   に環状空間が残されている特許請求の範囲第３項記載の
   冷却式内部電極を有する管状オゾン発生器。 ５、誘電材料から成る管（５）および冷却管（９）の両
   端部が開放され、また冷却管（９）の２つの端部に冷却
   流体の流入または流出導管（１３、１４）が結合されて
   いる特許請求の範囲第２項記載の冷却式内部電極を有す
   る管状オゾン発生器。 ６、冷却管（９）の内部に、その全壁面から間隔を置い
   て分流壁体（１８）が配置されている特許請求の範囲第
   ５項記載の冷却式内部電極を有する管状オゾン発生器。 ７、冷却体が、金属の鋳込み材料（１１＾＊）の中に埋
   込まれた冷却管（９＾＊）として構成されている特許請
   求の範囲第１項記載の冷却式内部電極を有する管状オゾ
   ン発生器。 ８、外部電極が、金属の直方体ブロック（１９）中に設
   けられた貫通孔（２０）として構成され、外部電極を冷
   却するために、該外部電極と交差しない冷却チャネル（
   ２１、２２）が前記ブロック（１９）の中、または該ブ
   ロックに接して設けられ、該冷却チャネルの中を冷却媒
   体が導かれる特許請求の範囲第１項から第７項のいずれ
   かの項に記載の冷却式内部電極を有する管状オゾン発生
   器。 ９、冷却チャネルが、貫通孔（２０）と平行または垂直
   に延在する冷却孔（２１）として構成されている特許請
   求の範囲第８項記載の冷却式内部電極を有するオゾン発
   生器。 １０、冷却チャネルがブロック（１）の外表面に形成さ
   れた溝（２２）として構成されている特許請求の範囲第
   ８項記載の冷却式内部電極を有する管状オゾン発生器。 １１、多数のブロック（１９）が横に並列におよび／ま
   たは上下に重ねて配置され、該ブロックの間で冷却管（
   ２３）が溝（２２）に収容されている特許請求の範囲第
   １０項記載の冷却式内部電極を有する管状オゾン発生器
   。 １２、各ブロック（１９）が、外部電極を形成する２つ
   またはそれ以上の貫通孔（２０）を有している特許請求
   の範囲第１項から第１１項のいずれか１項記載の冷却式
   内部電極を有する管状オゾン発生器。 １３、多数の貫通孔（２０）に、モジュールの端面を覆
   う閉鎖部材（２４）が配属され、該閉鎖部材に供給気体
   の流入、流出孔（２７）が設けられ、また内部電極（８
   ）の接触接続部材が設けられている特許請求の範囲第１
   項から第１２項のいずれか１項記載の冷却式内部電極を
   有する管状オゾン発生器。