JPWO2007108142A1 - Ozone generator - Google Patents
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Abstract
【課題】 環状放電間隙の間隙長を高精度に規定することにより、高濃度のオゾンを高効率に発生でき、さらに組立作業を短時間で行なうことのできるオゾン発生装置を提案する。【解決手段】筒状の第1電極と、この第1電極の内周側に配置された筒状の第2電極とを備え、前記第1電極と前記第2電極を、共通の中心軸線の周りに互いに同心状に配置し、前記第1電極と前記第2電極の間に、前記中心軸線に沿って延びる環状放電間隙を形成したオゾン発生装置であって、さらに、前記環状放電間隙に配置されたスペーサワイヤを備え、このスペーサワイヤは、前記環状放電間隙の中心軸線方向のほぼ全長に亘って延びていて、前記環状放電間隙の径方向における間隙長を規定する。PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ozone generator capable of generating high-concentration ozone with high efficiency by defining the gap length of an annular discharge gap with high accuracy, and capable of performing assembly work in a short time. A cylindrical first electrode and a cylindrical second electrode disposed on the inner peripheral side of the first electrode are provided, and the first electrode and the second electrode are connected to a common central axis. An ozone generator having an annular discharge gap disposed concentrically around and extending between the first electrode and the second electrode along the central axis, and further disposed in the annular discharge gap The spacer wire extends substantially over the entire length of the annular discharge gap in the central axis direction, and defines the gap length in the radial direction of the annular discharge gap.
Description
この発明は、水処理設備等に利用されるオゾン化ガスを工業的に生成するオゾン発生装置に関するものである。 The present invention relates to an ozone generator that industrially generates ozonized gas used in water treatment facilities and the like.
オゾン化ガスは、脱臭、殺菌作用があり、水処理設備等に使用されている。オゾンを工業的に生成する方法としては、酸素または酸素を含む原料ガスを微小間隙に流通し、この微小間隙に電界を加えて無声放電を発生させることによりオゾン化ガスを生成する方法が一般的である。 Ozonized gas has a deodorizing and sterilizing action and is used in water treatment facilities and the like. As a method for industrially generating ozone, a general method is to generate ozonized gas by flowing oxygen or a raw material gas containing oxygen through a minute gap and applying an electric field to the minute gap to generate silent discharge. It is.
従来のオゾン発生装置として、例えば特開平4ー214003号公報に開示されたものが知られている。この従来のオゾン発生装置のオゾン発生セルを図17A、図17Bに示す。図17Aは、この従来のオゾン発生セルの横断面図、図17Bは図17AのA−A線による縦断面図である。この従来のオゾン発生セルは、接地電極1と、分割された2つの高圧電極2A、2Bを有する。
As a conventional ozone generator, for example, one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-214003 is known. An ozone generation cell of this conventional ozone generator is shown in FIGS. 17A and 17B. FIG. 17A is a cross-sectional view of this conventional ozone generation cell, and FIG. 17B is a vertical cross-sectional view taken along line AA of FIG. 17A. This conventional ozone generation cell has a
接地電極1は、金属筒で構成される。2つの高圧電極2A、2Bは、両端を封止された金属筒で構成され、それぞれ接地電極1の内周側に同心状に配置され、各高圧電極2A、2Bの外周面と接地電極1の内周面との間に、環状放電間隙3が形成される。この環状放電間隙3は、同心状に配置された接地電極1と高圧電極2A、2Aとの間に、それらに共通な中心軸線を取り囲むように形成される。2つの高圧電極2A、2Bは中心軸線の延長方向に、互いに間隔をおいて並べて配置され、各高圧電極2A、2Bの外表面には、誘電体層の絶縁皮膜2aが被着される。
The
各高圧電極2A、2Bは、複数のばね部材4を用いて接地電極1の内周側の中心部に保持される。複数のばね部材4は、各高圧電極2A、2Bの両端部外周の3箇所に等間隔で配置され、放電間隙3の径方向における間隙長を規定する役割を果たしている。各高圧電極2A、2Bは、スリーブ5内に挿入されたコンタクトピン6により、互いに電気的に接続される。
Each high-
この従来のオゾン発生セルは、絶縁皮膜2aが被着された各高圧電極2A、2Bの端部外周の三箇所に、3つのばね部材4を等間隔に配置して、各高圧電極2A、2Bを接地電極1の内周側に挿入し、各高圧電極2A、2Bの絶縁皮膜2aと接地電極1の内周面との間に、環状放電間隙3を形成する状態に組み立てられる。環状放電間隙3の一端から乾燥された酸素または酸素を含む原料ガスを放電間隙3に所定の流量で貫流させ、各高圧電極2A、2Bと接地電極1の間に所定の交流電圧を印加して無声放電させることにより、連続的にオゾン化ガスを生成することができる。
In this conventional ozone generating cell, three
無声放電によりオゾン化ガスを生成するオゾン発生セルでは、ガスを流通させる放電間隙を均等な狭い間隙長にすることが放電効率を高める重要なポイントである。従来のオゾン発生セルでは、図17A、図17Bに示すように、各高圧電極2A、2Bに被着された絶縁皮膜2aの両端部において、その外周面に沿って、薄い金属板を二つ折りにした3個のばね部材4が等間隔に配置される。この構成では、各高圧電極2A、2Bの絶縁皮膜2aの表面に、その接線方向に配置したばね部材4は、単純な板ばねであり、厚さ、巾を一定にすることにより正確なばね力が与えられ、放電間隙3の間隙長を一定に維持しようとしている。また、分割管タイプの2つの高圧電極2A、2Bの合計の長さにほぼ等しい長さを有する単管タイプの高圧電極を用いると、放電間隙3の間隙長を均一に保持することが困難となるため、分割管タイプの2つの高圧電極2A、2Bを用い、放電間隙3の間隙長の精度を保持する工夫をしている。
In an ozone generating cell that generates an ozonized gas by silent discharge, it is an important point to increase discharge efficiency that the discharge gap through which the gas is circulated has a uniform narrow gap length. In the conventional ozone generation cell, as shown in FIGS. 17A and 17B, a thin metal plate is folded in two along the outer peripheral surface at both ends of the
ばね部材4は絶縁皮膜2aが被着された各高圧電極2A、2Bの表面の所定位置に固定され、接地電極1の内周に挿入して組み立てられるが、ばね部材4を各高圧電極2A、2Bに固定するのに、両面接着テープまたは接着剤にて固定する方法が用いられ、接地電極1の端部の内周は、高圧電極2A、2Bの挿入が容易になるように面取りした形状に加工され、ばね部材4が装着された各高圧電極2A、2Bを接地電極1の内周に挿入して組み立てられる。
The
従来のオゾン発生セルのように分割管タイプの2つの高圧電極2A、2Bを使用すれば、放電間隙3の間隙長の精度は、ある程度確保できるが、コスト高となる問題がある。図18A、図18Bに示すように、コスト低減のため、分割管タイプの2つの高圧電極2A、2Bに代わって、2つの高圧電極2A、2Bの合計長さにほぼ等しい長さを有する単管タイプの高圧電極2を使用するオゾン発生セルでは、接地電極1または高圧電極2に、その取り付けに伴なう曲がりが存在し、また自重によって曲がりが生じるため、図18A、図18Bに示すように放電間隙3の間隙長が、各電極1、2の中心線の延長方向に変化する。図18Aは、単管タイプの長い高圧電極2を用いたオゾン発生セルの横断面図、図18Bはその縦断面図である。高圧電極2の両端部の外周には、スペーサ4A、4Bが配置される。
If two
この図18A、図18Bに示されたオゾン発生セルのオゾン発生特性を図19に示す。図19において、横軸は放電電力[W]をガス流量[L/min]で除した、いわゆる特性エネルギー密度(Specific Energy Density)を示し、縦軸はオゾン濃度(g/Nm3)である。なお、Nm3は標準状態での体積を表わす。図中実線は理論設計値を表わす曲線、記号■は実験値を示す。図19から明らかなように理論設計値に対して、得られるオゾン発生効率が低く、特に高濃度領域において性能の低下が顕著であることが解る。FIG. 19 shows the ozone generation characteristics of the ozone generation cell shown in FIGS. 18A and 18B. In FIG. 19, the horizontal axis indicates the so-called specific energy density obtained by dividing the discharge power [W] by the gas flow rate [L / min], and the vertical axis indicates the ozone concentration (g / Nm 3 ). Nm 3 represents the volume in the standard state. In the figure, the solid line represents the theoretical design value, and the symbol ■ represents the experimental value. As is clear from FIG. 19, it can be seen that the ozone generation efficiency obtained is lower than the theoretical design value, and the performance degradation is particularly remarkable in the high concentration region.
図20Aは、接地電極1と高圧電極2とが偏芯している場合を例示している。偏芯とは、中心がずれていることを意味する。図20Aでは、接地電極1に対して、高圧電極2が下方向に偏芯量sだけ偏芯し、高圧電極2の上側における放電間隙3の間隙長が(d+s)、高圧電極2の下側における放電間隙3の間隙長が(d−s)となった場合を例示している。接地電極1と、高圧電極2とが偏芯している場合のオゾン発生特性を解析した結果を図20Bに示す。図20Bにおいて、横軸は偏芯量sを示し、縦軸はオゾン濃度を示す。図20Bは、放電間隙3の径方向における間隙長dが、それぞれ0.2(mm)、0.3(mm)、0.4(mm)である場合の特性を示している。
FIG. 20A illustrates a case where the
図20Bを参照すると、理想状態(偏芯量s=0)では放電間隙3の間隙長dが短くなるほどオゾン濃度は高くなることが解る。一方、放電間隙3の間隙長dが短くなるほど、オゾン発生特性に与える偏芯量sの影響も大きくなり、例えばδ>0.05(mm)の領域では、放電間隙3の間隙長dが0.2(mm)の場合よりも、間隙長dが0.3(mm)の場合の方が、オゾン発生特性が良くなることが解る。したがって放電間隙3の間隙長dが小さくなればなる程、放電間隙3の間隙長dの精度を高く保持する必要があると言える。図18Aに示すように、放電間隙3の間隙長が各電極1、2の中心軸線の延長方向に変化している場合には、放電間隙3の偏芯量sが、その中心軸線に沿って変化しているので、図20Bの特性を考慮する必要がある。
Referring to FIG. 20B, it can be seen that in the ideal state (eccentricity s = 0), the ozone concentration increases as the gap length d of the
偏芯量sが存在する場合のオゾン発生特性については、既に、2005年の電気学会論文誌Aの125巻12号の1011〜1016ページに掲載された「オゾン発生特性に与える放電ギャップ長ばらつきの影響」と題する論文で紹介され、発明者らによって定量化されている。偏芯量sが存在する場合、放電間隙3の間隙長dに変化が生じ、間隙長dが小さい部分のガス流量が低下することにより、局所的にその部分のオゾン濃度が高くなり、効率の低下を招く。以下、もう少し詳しく説明する。
Regarding the ozone generation characteristics in the case where the eccentricity s is present, “Discharge gap length variation on the ozone generation characteristics” already published in pages 125 to 12 of Vol. Introduced in a paper entitled “Impact” and quantified by the inventors. When the eccentricity amount s exists, the gap length d of the
放電間隙3を流れるガス流量Qは、次の式(1)で与えられる。
Q=(π×D×d3)/(12×μ×L)ΔP・・・(1)
ここで、Dは接地電極1の内周の直径、dは放電間隙3の間隙長、μは粘性係数、Lは管長さ、ΔPは出入り口間の圧力差を示す。また、流路の断面積Sは次の式(2)となる。
S=π{(D+2d)2−D2}・・・(2)
式(2)において、D>>dとすれば、次の式(3)が得られる。
S=4πD×d・・・(3)
したがって、Dが一定の場合、S∝dであるため、
Q∝(π×D×d3)∝S3・・・(4)
となる。すなわち放電間隙3の間隙長dが小さい部分では、ガスの流れが悪くなる。その影響は、d3もしくはS3に比例して現われる。したがって僅かな放電間隙3の間隙長dの分布が、ガスの流れに大きな影響を与えることになる。このため、特に図18Aに示したような、各電極1、2の中心軸線の延長方向における放電間隙3の間隙長の変化を解消することが、オゾン発生効率を維持するために重要であると言える。The gas flow rate Q flowing through the
Q = (π × D × d 3 ) / (12 × μ × L) ΔP (1)
Here, D is the diameter of the inner periphery of the
S = π {(D + 2d) 2 −D 2 } (2)
If D >> d in equation (2), the following equation (3) is obtained.
S = 4πD × d (3)
Therefore, when D is constant, S∝d.
Q∝ (π × D × d 3 ) ∝S 3 (4)
It becomes. That is, in the portion where the gap length d of the
以上のように、図17A、図17Bに示す従来のオゾン発生セルは、各高圧電極2A、2Bと接地電極1の間の放電間隙3に、3つのばね部材4を周方向に配置することにより、高圧電極2A、2Bと接地電極1との同心性を確保する構成であるが、高圧電極2A、2Bの中心軸線の延長方向には、ばね部材4は数箇所にしか挿入できないため、高圧電極2A、2Bの自重を補償して均一な間隙長の放電間隙3を確保することは困難であった。また、ばね部材4は平板状であり、両面接着テープ等で高圧電極2A、2Bの外周に接着されるので、組み立てには煩雑な作業が必要となり、長時間の作業となる。さらに、高圧電極2A、2Bの外周の接線方向に装着された3個のばね部材4は、その端部の外接円が接地電極1の内径よりも大きく、接地電極1の内径部に円滑に挿入するための対策も必要であり、煩雑な作業となり、作業時間も長くなるという問題点があった。
As described above, the conventional ozone generating cell shown in FIGS. 17A and 17B has three
さらに、オゾン発生セルの組み立てに長時間を要するので、このオゾン発生セルを複数組み立てたオゾン発生装置を定期的に点検するメンテナンス作業時にも、分解、点検、再組み立てに時間を要し、このときの作業時間も長くなり、点検コストも高くなる。もちろん高圧電極2A、2Bの中心軸線の延長方向に均一な放電間隙長を形成することは困難であり、高いオゾン発生効率を維持することができなかった。さらにコスト削減のために、単管タイプの長い高圧電極2を使用する場合には、この高圧電極2の中心軸線の延長方向において放電間隙3の間隙長を一定に維持することが困難で、オゾン発生効率が低下するという極めて深刻な課題があった。
In addition, since it takes a long time to assemble the ozone generation cell, it takes time to disassemble, inspect, and reassemble the ozone generator that regularly assembled multiple ozone generation cells. As a result, the work time becomes longer and the inspection cost becomes higher. Of course, it is difficult to form a uniform discharge gap length in the extending direction of the central axis of the high-
この発明は、上記問題点を改善するためになされたものであり、この発明の目的は、環状放電間隙の間隙長をほぼ均一にでき、オゾン発生効率の高いオゾン発生装置を提供することである。 The present invention has been made to remedy the above problems, and an object of the present invention is to provide an ozone generator that can make the gap length of the annular discharge gap substantially uniform and has high ozone generation efficiency. .
この発明の第1の観点によるオゾン発生装置は、筒状の第1電極と、筒状の第2電極とを備え、前記第1電極と前記第2電極を、共通の中心軸線の周りに互いに同心状に配置し、前記第1電極と前記第2電極の間に、前記中心軸線に沿って延びる環状放電間隙を形成したオゾン発生装置であって、さらに、前記環状放電間隙に配置されたスペーサワイヤを備え、このスペーサワイヤは、前記環状放電間隙の前記中心軸線方向のほぼ全長に亘って延びていて、前記環状放電間隙の径方向における間隙長を規定することを特徴とする。 An ozone generator according to a first aspect of the present invention includes a cylindrical first electrode and a cylindrical second electrode, and the first electrode and the second electrode are connected to each other around a common central axis. An ozone generator that is concentrically arranged and forms an annular discharge gap extending along the central axis between the first electrode and the second electrode, and further a spacer arranged in the annular discharge gap The spacer wire is provided so as to extend over substantially the entire length of the annular discharge gap in the central axis direction, and to define a gap length in the radial direction of the annular discharge gap.
この発明の第2の観点によるオゾン発生装置は、筒状の第1電極と、筒状の第2電極とを備え、前記第1電極と前記第2電極は、共通の中心軸線の周りに互いに同心状に配置され、それらの間に環状放電間隙を形成し、この環状放電間隙に無声放電を発生することにより、前記環状放電間隙を通過する原料ガスをオゾン化ガスに変換するオゾン発生装置であって、さらに前記環状放電間隙に配置されたスペーサワイヤを備え、このスペーサワイヤは、前記環状放電間隙の前記中心軸線方向の80%以上の範囲に亘りに延びていて、前記環状放電間隙の径方向における間隙長を規定することを特徴とする。 An ozone generator according to a second aspect of the present invention includes a cylindrical first electrode and a cylindrical second electrode, and the first electrode and the second electrode are arranged around a common central axis. An ozone generator that concentrically arranges, forms an annular discharge gap between them, and generates a silent discharge in the annular discharge gap, thereby converting the raw material gas passing through the annular discharge gap into an ozonized gas. And further comprising a spacer wire disposed in the annular discharge gap, the spacer wire extending over a range of 80% or more of the annular discharge gap in the central axis direction, and the diameter of the annular discharge gap. The gap length in the direction is defined.
この発明の第3の観点によるオゾン発生装置は、オゾンセル構造体を備えたオゾン発生装置であって、前記オゾンセル構造体は、相対向する一対の端板と、この一対の端板の間に配置された複数のオゾン発生セルを含み、前記各オゾン発生セルは、前記一対の端板の間に配置された筒状の第1電極と、この第1電極の内周側に配置された筒状の第2電極とを有し、前記第1電極と前記第2電極は、共通の中心軸線の周りに互いに同心状に配置され、それらの間に、前記中心軸線に沿って延びる環状放電間隙を形成しており、また、前記各オゾン発生セルは、前記環状放電間隙に配置されたスペーサワイヤを有し、このスペーサワイヤは、前記環状放電間隙の前記中心軸線方向のほぼ全長に亘って延びていて、前記環状放電間隙の径方向における間隙長を規定することを特徴とする。 An ozone generator according to a third aspect of the present invention is an ozone generator having an ozone cell structure, and the ozone cell structure is disposed between a pair of end plates facing each other and the pair of end plates. Each ozone generation cell includes a plurality of ozone generation cells, each of which includes a cylindrical first electrode disposed between the pair of end plates, and a cylindrical second electrode disposed on the inner peripheral side of the first electrode. The first electrode and the second electrode are arranged concentrically around a common central axis, and an annular discharge gap extending along the central axis is formed between them. Each of the ozone generation cells has a spacer wire disposed in the annular discharge gap, and the spacer wire extends over substantially the entire length of the annular discharge gap in the central axis direction. In the radial direction of the discharge gap Characterized by defining the gap length.
この発明の第4の観点によるオゾン発生装置は、金属筒で構成された第1電極と、絶縁筒の周面に導電層を形成した第2電極とを備え、前記第1電極の金属筒の中心軸線を中心として、前記金属筒の内周側に前記第2電極の絶縁筒を配置し、前記金属筒と絶縁筒の間に、環状放電間隙を形成したオゾン発生装置であって、前記金属筒の内周面と前記絶縁筒の外周面の何れか一方にスペーサ部分を有し、このスペーサ部分は、前記環状放電間隙の前記中心軸線方向のほぼ全範囲において、前記環状放電間隙の径方向における間隙長を規定することを特徴とする。 An ozone generator according to a fourth aspect of the present invention includes a first electrode configured by a metal cylinder, and a second electrode in which a conductive layer is formed on a peripheral surface of the insulating cylinder, and the metal electrode of the first electrode An ozone generator in which an insulating tube of the second electrode is arranged on the inner peripheral side of the metal tube around a central axis, and an annular discharge gap is formed between the metal tube and the insulating tube, A spacer portion is provided on one of the inner peripheral surface of the tube and the outer peripheral surface of the insulating tube, and the spacer portion is arranged in the radial direction of the annular discharge gap in substantially the entire range of the annular discharge gap in the central axis direction. It is characterized in that the gap length is defined.
この発明の第1の観点によるオゾン発生装置は、環状放電間隙に配置されたスペーサワイヤを備え、このスペーサワイヤは、環状放電間隙の中心軸線方向のほぼ全長に亘って延びていて、環状放電間隙の径方向における間隙長を規定するので、環状放電間隙の間隙長をその延長長さの全域でほぼ均一にでき、オゾン発生効率の高いオゾン発生装置を得ることができる。 An ozone generator according to a first aspect of the present invention includes a spacer wire disposed in an annular discharge gap, and the spacer wire extends over substantially the entire length in the central axis direction of the annular discharge gap. Since the gap length in the radial direction is defined, the gap length of the annular discharge gap can be made substantially uniform over the entire extended length, and an ozone generator having high ozone generation efficiency can be obtained.
また、この発明の第2の観点によるオゾン発生装置は、環状放電間隙に配置されたスペーサワイヤを備え、このスペーサワイヤは、環状放電間隙の中心軸線方向の80%以上の範囲に亘りに延びていて、環状放電間隙の径方向における間隙長を規定するので、環状放電間隙の間隙長をその延長長さの全域でほぼ均一にでき、オゾン発生効率の高いオゾン発生装置を得ることができる。 The ozone generator according to the second aspect of the present invention includes a spacer wire disposed in the annular discharge gap, and the spacer wire extends over a range of 80% or more in the central axis direction of the annular discharge gap. In addition, since the gap length in the radial direction of the annular discharge gap is defined, the gap length of the annular discharge gap can be made substantially uniform over the entire extended length, and an ozone generator having high ozone generation efficiency can be obtained.
また、この発明の第3の観点によるオゾン発生装置では、各オゾン発生セルは、環状放電間隙に配置されたスペーサワイヤを有し、このスペーサワイヤは、環状放電間隙の中心軸線方向のほぼ全長に亘って延びていて、環状放電間隙の径方向における間隙長を規定するので、各オゾン発生セルの環状放電間隙の間隙長をその延長長さの全域でほぼ均一にでき、オゾン発生効率の高いオゾン発生装置を得ることができる。 In the ozone generator according to the third aspect of the present invention, each ozone generating cell has a spacer wire disposed in the annular discharge gap, and the spacer wire has a substantially entire length in the central axis direction of the annular discharge gap. Since the gap length in the radial direction of the annular discharge gap is defined, the gap length of the annular discharge gap of each ozone generation cell can be made almost uniform over the entire extended length, and ozone with high ozone generation efficiency can be obtained. A generator can be obtained.
また、この発明の第4の観点によるオゾン発生装置は、第1電極の金属筒の内周面と、第2電極の絶縁筒の外周面の何れか一方にスペーサ部分を有し、このスペーサ部分は、環状放電間隙の中心軸線方向のほぼ全範囲において、環状放電間隙の径方向における間隙長を規定するので、環状放電間隙の間隙長をその延長長さの全域でほぼ均一にでき、オゾン発生効率の高いオゾン発生装置を得ることができる。 An ozone generator according to a fourth aspect of the present invention has a spacer portion on either the inner peripheral surface of the metal cylinder of the first electrode or the outer peripheral surface of the insulating cylinder of the second electrode. Regulates the radial length of the annular discharge gap in almost the entire range of the annular discharge gap in the central axis direction, so the gap length of the annular discharge gap can be made almost uniform throughout the extended length, and ozone is generated. A highly efficient ozone generator can be obtained.
以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。 Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、この発明によるオゾン発生装置の実施の形態1の全体の構成を示す断面図である。この実施の形態1のオゾン発生装置100は、外部タンク101を有し、この外部タンク101の内部に、オゾンセル構造体110を有する。このオゾンセル構造体110は、外部タンク101の内部の中央部に配置される。このオゾンセル構造体110の左側には原料ガス室102が、またその右側にはオゾン化ガス室103がそれぞれ形成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of
外部タンク101の外部には、原料ガス供給部104と、オゾン化ガス取出部105と、高圧電圧供給部106と、冷却水ヘッダ107とが設けられる。原料ガス供給部104は、外部タンク101の内部の原料ガス室102に連通しており、この原料ガス供給部104から、原料ガス、例えば酸素ガスまたは酸素を含む酸素含有ガスが供給される。オゾン化ガス取出部105は、外部タンク101の内部のオゾン化ガス室103に連通しており、このオゾン化ガス取出部105から、生成したオゾン化ガスを取出す。高圧電圧供給部106は、外部タンク101の外部に設置される交流高圧電源108に接続され、この交流高圧電源108からの交流高圧電圧をオゾンセル構造体110に供給する。冷却水ヘッダ107は、オゾンセル構造体110に冷却水を供給し、オゾンセル構造体110を冷却する。
A raw material
オゾンセル構造体110は、一対の金属端板111、112と、複数のオゾン発生セル120を含む。オゾン構造体110と原料ガス室102とを区分する金属端板111と、オゾン構造体110とオゾン化ガス室102とを区分する金属端板112とが相対向して配置される。これらの金属端板111、112は、互いに平行に配置され、それらの間に複数のオゾン発生セル120が配置される。各オゾン発生セル120は、それぞれ原料ガス室102から原料ガスの供給を受け、この原料ガスをオゾン化してオゾン化ガスを生成し、オゾン化ガス室103に供給する。
The
図2Aは、1つのオゾン発生セル120を示す横断面図であり、図2Bは、その縦断面図である。複数のオゾン発生セル120のそれぞれが、図2A、図2Bに示すように構成される。
2A is a transverse sectional view showing one
実施の形態1におけるオゾン発生セル120は、接地電極10と、高圧電極20と、それらの間の環状放電間隙30を規定するスペーサ組立40を有する。接地電極10は、金属筒11で構成され、この金属筒11は、第1電極を構成する。この金属筒11の周りには、冷却水溜め13が形成される。金属筒11は、例えば金属により円筒形に構成され、一対の金属端板111、112を、それらに直交する方向に貫通するようにして、その両端が金属端板111、112に溶接などで固定される。冷却水溜め13は、金属筒11の外周に、金属筒11を取り囲むようにして、金属端板111、112の間に形成される。この冷却水溜め13は、冷却水用ヘッダ107に連通し、この冷却水用ヘッダ107から冷却水14の供給を受ける。この冷却水14は、金属端板111、112および金属筒11を冷却する。
The
金属端板111、112および金属筒11は、冷却水14により、腐食しないように、例えばステンレスで作られる。金属端板111、112は、外部タンク101に取り付けられ、この外部タンク101を通じて電気的に接地電位となる。金属筒11も、その両端が金属端板111、112に固定されるので、電気的に接地電位となる。
The
高圧電極20は、絶縁筒21と、導電層22と、高圧供給回路23を有する。絶縁筒21は、例えば円筒状のガラス管であり、このガラス管の左端部は開放され、その右端部は半球状の閉鎖端部21aとされている。閉鎖端部21aは、絶縁筒21の内部でガスが流通するのを阻止する。導電層22は、絶縁筒21の内周面の前記閉鎖端部21aを除く全面に被着される。これらの絶縁筒21と導電層22は、第2電極を構成する。高圧供給回路23は、高圧ヒューズ24と、高圧給電線25を有する。高圧ヒューズ24は、高圧電圧供給部106に接続され、この高圧電圧供給部106から交流高圧電圧の供給を受ける。高圧給電線25は、この高圧ヒューズ24と導電層22とを接続し、高圧ヒューズ24を通過した交流高圧電圧を導電層22に供給する。
The
高圧電極20の絶縁筒21は、接地電極10の金属筒11の内周側の中心部に、この金属筒11と同心状に配置される。図2Aにおける中心軸線C−Cは、金属筒11と絶縁筒21に共通な中心軸線である。高圧電極20は、単管タイプの高圧電極であり、高圧電極20の絶縁筒21は、金属端板111、112の間隔よりも長い。具体的には、絶縁筒21の開放された左端部は、金属端板111を貫通して、原料ガス室102へ突出している。絶縁筒21の閉鎖端部21aは、金属端板112とほぼ一致する位置まで延びている。
The insulating
接地電極10の金属筒11と、高圧電極20の絶縁筒21との間に、環状放電間隙30が形成される。この環状放電間隙30は、金属筒11の内周面と絶縁筒21の外周面との間に、中心軸線C−Cの周りに形成される。この環状放電間隙30の径方向、すなわち中心軸線C−Cを中心とする径方向における間隙長をdとする。この間隙長dは、中心軸線C−Cに垂直な平面における金属筒11の内周面と、絶縁筒21の外周面との間隔である。この間隙長dは、例えば1.0(mm)以下の微小間隙とされる。この放電間隙30は、また、中心軸線C−Cに沿って延びており、この中心軸線C−C方向における環状放電間隙30の長さをLgとする。環状放電間隙30は、中心軸線C−C方向の両端に、開口部31、32を有する。長さLgは、開口部31と開口部32との間の寸法であり、これは金属端板111、112の間隔とほぼ等しい。
An
環状放電間隙30の一方の開口部31は、金属端板111の内周に位置している。この開口部31は原料ガス室102に連通しており、原料ガス室102からの原料ガスが、この開口部31から環状放電間隙30に供給される。他方の開口部32は、金属端板112の内周に位置している。この開口部32は、オゾン化ガス室103に連通しており、環状放電間隙30において、オゾン化されたオゾン化ガスがオゾン化室103に供給される。高圧電極20の導電層22と、接地電極10の金属筒11との間に、交流高圧電圧が印加され、環状放電間隙30において無声放電が発生する。原料ガスに含まれる酸素ガスは、この無声放電によりオゾン化される。
One
スペーサ組立40は、複数のスペーサワイヤ41と、1つのスペーサ留め具43を有する。図2Cは、このスペーサ組立40の説明図である。複数のスペーサワイヤ41は、それぞれ環状放電間隙30に配置され、放電間隙3の間隙長dを規定する。複数のスペーサワイヤ41は、互いに同一の外径φを有する断面が円形の線材で構成される。このスペーサワイヤ41の外径φは、放電間隙30の間隙長dよりも僅かに小さい寸法とし、各スペーサワイヤ41は、金属筒11の内周面と、絶縁筒21の外周面との両方に接触する。言い換えれば、金属筒11の内周面と絶縁筒21の外周面との間に、各スペーサワイヤ41が挟み込まれる結果、環状放電間隙30の間隙長dが、このスペーサワイヤ41により規定される。
The
各スペーサワイヤ41の外径φは、設定する間隙長dに応じて、この間隙長dよりも僅かに小さい寸法とするが、具体的には、次の式(5)を満足する範囲に設定するのが実用的である。
1.05φ<(φee-φhe)/2=d<1.2φ・・・(5)
ここで、φeeは接地電極10の金属筒11の内周面の直径、φheは高圧電極20の絶縁筒21の外周面の直径を表わす。各スペーサワイヤ41の外径φが、式(5)の範囲よりも大きいと、高圧電極20を接地電極10に挿入できない結果になり、またその外径φが、式(5)の範囲よりも小さいと、環状放電間隙30の間隙長dの誤差が大きくなり過ぎるため、式(5)式に示すように、外径φの最適値が存在する。The outer diameter φ of each
1.05φ <(φee−φhe) / 2 = d <1.2φ (5)
Here, φee represents the diameter of the inner peripheral surface of the
環状放電間隙30の間隙長dは、1.0(mm)以下であり、具体的には、例えば0.2(mm)、0.3(mm)、または0.4(mm)に設定されるが、0.1(mm)以下の他の値にすることもできる。実施の形態1では、間隙長dが、例えば0.2(mm)に設定され、各スペーサワイヤ41の外径φは、式(5)に従って、d/1.05からd/1.2の範囲とされる。
The gap length d of the
複数のスペーサワイヤ41は、中心軸線C−Cの周りに、互いに等しい角度間隔で、中心軸線C−Cとほぼ平行に連続して延びるように、環状放電間隙30に配置される。具体的には、例えば4本のスペーサワイヤ41が、中心軸線C−Cの周りに、互いに90度の角度間隔で、中心軸線C−Cとほぼ平行に延びるように配置される。各スペーサワイヤ41の中心軸線C−Cに沿った長さをLsとすると、この長さLsは、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の長さLgよりも少し長く、Ls>Lgとされる。この結果、各スペーサワイヤ41は、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の長さLgの全長に亘って延び、環状放電間隙30の一端の開口部31から他端の開口部32まで連続して延びる。各スペーサワイヤ41が環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の長さLgの全長に亘って延びる結果、環状放電間隙30の間隙長dは、その中心軸線C−C方向の長さLgの全長に亘り、各スペーサワイヤ41により、ほぼ均一に規定される。
The plurality of
なお、各スペーサワイヤ41の長さLsが、環状放電間隙30の長さLgよりも、少し短くても、環状放電間隙30の間隙長dは、環状放電間隙30の長さLgの全長に亘り、ほぼ均一に規定することができる。具体的には、各スペーサワイヤ41が、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の長さLgの80%以上の範囲に亘り連続して配置されると、環状放電間隙30の間隙長dは、環状放電間隙30の長さLgの全長に亘り、ほぼ均一に規定することができる。
Even if the length Ls of each
環状放電間隙30に複数の、例えば4本のスペーサワイヤ41が、中心軸線C−C線とほぼ平行に配置される結果、原料ガス室102からの原料ガスは、各スペーサワイヤ41の間において放電間隙30を、中心軸線C−Cに沿って通過する。高圧電極20の導電層22と、接地電極10の金属筒11との間には、高圧供給回路23から高圧交流電圧が印加され、放電間隙30では、この高圧交流電圧に基づいて、無声放電が発生する。各スペーサワイヤ41の間の放電間隙30を通過する原料ガスは、放電間隙30に発生する無声放電に基づいてオゾン化され、オゾン化ガスとなる。このオゾン化ガスは、オゾン化ガス室103に集められ、オゾン化ガス取出部105から取出され、使用される。放電間隙30の温度が上昇すると、オゾン発生効率が低下するため、接地電極10は冷却水14により水冷されている。絶縁筒21が電気的に破壊すると、高圧電極20と接地電極10の間に過度の電流が集中的に流れる事故が発生するため、高圧ヒューズ24を挿入して事故を未然に防ぐ構造が取られている。
As a result of a plurality of, for example, four
スペーサ留め具43は、環状板、具体的には、円形の環状板により構成される。このスペーサ留め具43の外径は、金属筒11の内径とほぼ等しく、またその内径は、絶縁筒21の半球状の閉鎖端部21aに嵌り込む寸法とされる。このスペーサ留め具43は、絶縁筒21の半球状の閉鎖端部21aに嵌り込み、絶縁筒21により支持される。スペーサ留め具43は、複数のスペーサワイヤ41と同数のスペーサ設置穴44を有する。例えば、4本のスペーサワイヤ41が使用されるときには、4つのスペーサ設置穴44が、互いに等しい角度間隔、具体的には、90度の角度間隔で、スペーサ留め具43に形成される。
The
図2Cに示すスペーサ組立40では、同じ外径φを持った断面が円形の2本の線材42A、42Bが使用され、この2本の線材42A、42Bにより、4本のスペーサワイヤ41が形成される。線材42Aは、2本のスペーサワイヤ41と、それらを繋ぐ連結部分41aを持つように、折り曲げられる。線材42Aは、連結部分41aの両端部で、2本のスペーサワイヤ41が互いに平行するように、ほぼ直角に折り曲げられ、これらの2本のスペーサワイヤ41が、隣接する2つのスペーサ設置穴44に挿入され、保持される。連結部分41aの長さは、隣接するスペーサ設置穴44の間隔に等しい。他の線材42Bも同様に、連結部分41bの両端部で、2本のスペーサワイヤ41が互いに平行するように直角に折り曲げられ、これらの2本のスペーサワイヤ41が、残る2つのスペーサ設置穴44に挿入され、保持される。このように複数のスペーサワイヤ41を、1つのスペーサ留め具43によって高圧電極20の絶縁筒21の閉鎖端部21aに嵌め込み、保持した状態で、高圧電極20をこのスペーサ留め具43を嵌め込んだ端部から、接地電極10の金属筒11の内周側に挿入することで、簡単に高圧電極20を接地電極10と同心状に設置することができる。
In the
実施の形態1では、各スペーサワイヤ41として、金属線、例えばタングステンの表面を白金でコーティングした、いわゆる白金クラッドタングステン線を用いた。白金クラッドタングステンを選定した理由は、比較的安価に入手することができること、白金が高い耐スパッタ性を有すること、タングステンの機械的強度が大きいことによる。ただし、この白金クラッドタングステンに限らず、タングステン、ステンレス、チタン、アルミニウムなどの機械的強度の大きい金属線を用いても良いし、また非金属線を用いることもできる。非金属線としては、例えばテフロン(登録商標)、EPDMゴム、カプトンからなる線材を使用することができる。
In the first embodiment, as each
特にタングステンまたはチタンを用いた場合、使用している間に、金属の表面が酸化され、酸化タングステンまたは酸化チタンが形成され、それらの触媒効果によりオゾン発生効率が向上することが認められた。また、ステンレスまたはアルミニウムは材料費が極めて安価である特徴がある。使用する材料には一長一短があるが、実施の形態1では、放電間隙30に、放電間隙30の長さLgのほぼ全長に亘り、複数のスペーサワイヤ41を配置し、放電間隙30の間隙長dをほぼ均一に規定することが重要なポイントである。
In particular, when tungsten or titanium was used, it was recognized that the metal surface was oxidized during use to form tungsten oxide or titanium oxide, and the ozone generation efficiency was improved by their catalytic effect. In addition, stainless steel or aluminum is characterized by extremely low material costs. In the first embodiment, a plurality of
実施の形態2.
図3は、この実施の形態2によるオゾン発生装置で使用されるスペーサ組立40Aの説明図である。この実施の形態2のオゾン発生装置は、実施の形態1で使用したスペーサ組立40に代わり、図3に示すスペーサ組立40Aを使用するが、その他は、実施の形態1と同じに構成される。
FIG. 3 is an explanatory view of a
スペーサ組立40Aでは、4本のスペーサワイヤ41のそれぞれの一端に保持部分41cが形成される。スペーサ留め具43は、図2Cに示すスペーサ組立40におけるスペーサ留め具43と同じに構成され、4つのスペーサ設置穴44を有する。4本のスペーサワイヤ41は、接地電極10と高圧電極20の中心軸線C−Cとほぼ平行に延びるようにして、スペーサ設置穴44に挿入され、保持部分41cにより、スペーサ留め具43に保持される。保持部分41cでは、各スペーサワイヤ41が径の大きな大径部とされ、スペーサ留め具43を半球状の閉鎖端部21aに嵌め込んだ高圧電極20が、スペーサ留め具43を嵌め込んだ閉鎖端部21aから、接地電極10の金属筒11の内周に挿入されるときに、保持部分41cにより各スペーサワイヤ41が抜け止めされ、オゾン発生セル120の組立作業が簡単化される。また、保持部分41cにおいて、各スペーサワイヤ41をスペーサ留め具43に溶接することもでき、この場合にも、同様にオゾン発生セル120の組立作業が簡単化される。
In the
実施の形態1、2のオゾン発生装置で使用したオゾン発生セル120のオゾン発生特性を図4に示す。図4の横軸は特性エネルギー密度(Specific Energy Density)、縦軸はオゾン濃度(Ozone Concentration)である。この図4のおいて、◆―◆の曲線は、実施の形態1、2で使用したオゾン発生セル120のオゾン発生特性を示し、記号■は、比較のために従来の図19に示す実験値を再び示している。図4の◆―◆の曲線から明らかなように、実施の形態1、2で使用したオゾン発生セルによれば、従来のオゾン発生セルに比較して、特に高濃度領域でオゾン発生特性が改善され、図19に示した理論設計値をほぼ満足する性能が得られることが明らかになった。
FIG. 4 shows the ozone generation characteristics of the
実施の形態1、2のオゾン発生セル120でオゾン発生特性が大幅に改善された理由を知るため、接地電極10の金属筒11内に、高圧電極20の絶縁筒21と、スペーサ組立40、40Aを設置した後に各部の寸法を測定した。その結果を図5A、図5Bに示す。図5Aは横断面図、図5Bは縦断面図である。分析の結果、接地電極10の金属筒11は金属端板111、112への取り付け時の溶接歪みの影響などを受けて図5Aに示すように、中心軸線C−Cの延長方向に曲がりを含んでいることが判明した。
In order to know the reason why the ozone generation characteristics are greatly improved in the
しかし、実施の形態1、2では、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向のほぼ全長に亘り、スペーサワイヤ41が配置されるため、高圧電極20の絶縁筒21(ガラス管)が、接地電極10を構成する金属筒11の曲がりに沿って変形することにより、環状放電間隙30の全域において高精度な間隙長dを形成していることが明らかになった。また、実施の形態1、2のスペーサ組立40、40Aを使用しても、高圧電極20を構成する絶縁筒21(ガラス管)の幾何的強度が大き過ぎると、例えば絶縁筒21の直径が大き過ぎる場合、またはその絶縁筒21の径方向の厚みが大き過ぎる場合には、接地電極10を構成する金属筒11の曲がりに沿って絶縁筒21が変形しないため、充分な効果が出ないことも判明した。
However, in the first and second embodiments, since the
ここでは、充分な効果を得るための絶縁筒21(ガラス管)の条件について考察する。絶縁筒21(ガラス管)について、例えば、両端支持、等分布荷重を想定する。長さLの絶縁筒21(ガラス管)の端から距離xに位置におけるたわみδは、次の式(6)で表わすことができる。
δ=(wL4/24EI)×{(x/L)−(2x3/L3)+(x4/L4)}・・・(6)
ただし、w:等分布荷重(両端支持の反力をRとするとw=2R/L)、E:縦弾性係数(ヤング率)、I:断面二次モーメント、L:絶縁筒21(ガラス管)の全長、x:位置を表わす。Here, the condition of the insulating cylinder 21 (glass tube) for obtaining a sufficient effect will be considered. For the insulating cylinder 21 (glass tube), for example, both end support and equally distributed load are assumed. Deflection δ at a distance x from the end of the length L of the insulating tube 21 (glass tube) can be expressed by the following equation (6).
δ = (wL 4 / 24EI) × {(x / L) − (2 × 3 / L 3 ) + (x 4 / L 4 )} (6)
Where w: equally distributed load (w = 2R / L, where R is the reaction force at both ends), E: longitudinal elastic modulus (Young's modulus), I: secondary moment of section, L: insulating cylinder 21 (glass tube) X: represents the position.
最大たわみ量δmaxは、式(6)において、x=L/2とし、次の式(7)で表わすことができる。
δmax=5wL4/384EI・・・(7)
この式(7)から明らかなように、同一の曲げモーメントに対して、最大たわみ量δmaxは、縦弾性係数(ヤング率)Eと断面二次モーメントIとの積EIに反比例する。The maximum deflection amount δmax can be expressed by the following equation (7), with x = L / 2 in equation (6).
δmax = 5 wL 4 / 384EI (7)
As is apparent from this equation (7), the maximum deflection amount δmax is inversely proportional to the product EI of the longitudinal elastic modulus (Young's modulus) E and the cross-sectional secondary moment I for the same bending moment.
また、絶縁筒21(ガラス管)の外径をd2、内径をd1とすると、絶縁膜21(ガラス管)における断面二次モーメントIは、次の式(8)となる。
I=(64/π)×{(d2)4−(d1)4}・・・(8)
各種試験を実施した結果、実施の形態1、2で、充分な効果を得るには、積EIが次の式(9)の関係を満たす範囲にあることが必要と考察される。
EI<2.5×108(N・mm2)・・・(9)
絶縁筒21をガラス管とした場合、ガラスのヤング率Eは約65×103(N/mm2)程度であるから、式(9)は、次の式(10)に変形できる。
I<3.8×103(mm4 )・・・(10)Further, when the outer diameter of the insulating cylinder 21 (glass tube) is d2 and the inner diameter is d1, the sectional second moment I in the insulating film 21 (glass tube) is expressed by the following equation (8).
I = (64 / π) × {(d2) 4 − (d1) 4 } (8)
As a result of performing various tests, it is considered that the product EI needs to be in a range satisfying the relationship of the following formula (9) in order to obtain a sufficient effect in the first and second embodiments.
EI <2.5 × 10 8 (N · mm 2 ) (9)
When the insulating
I <3.8 × 10 3 (mm 4 ) (10)
式(8)(10)から絶縁筒21を構成するガラス管の外径d2と、径方向の管の厚みt(=(d2-d1)/2)との関係を図6に示す。図6の横軸は、絶縁筒21を構成するガラス管の外径d2を、またその縦軸は、その厚さtをそれぞれ示す。図6から明らかなように、絶縁筒21を構成するガラス管の外径d2が大きくなると、厚みtを小さくする必要があることが解る。一方、環状放電間隙30では無声放電が発生されるので、絶縁筒21を構成するガラス管には、5(kV)程度の耐電圧機能が要求されるため、20(kV/mm)程度の性能を持つガラス管の場合、厚みを0.25(mm)以下にすることは実用的でない。したがって、図6から、実施の形態1、2において、絶縁筒21をガラス管で構成し、充分な効果を得るためには、絶縁筒21を構成するガラス管の外径d2は30(mm)以下、厚みtが0.25(mm)以上であることが必要であると言える。これは重要な設計条件である。絶縁筒21を構成するガラス管は実用上、その外径d2は5(mm)以上、またその厚みtは5.0(mm)以下とされるので、外径d2は、5〜30(mm)、厚みtは0.25〜5.0(mm)とされる。
FIG. 6 shows the relationship between the outer diameter d2 of the glass tube constituting the insulating
実施の形態3.
図7Aは、この発明によるオゾン発生装置の実施の形態3において使用されるオゾン発生セル120Aを示す横断面図、図7Bはその側面図である。実施の形態3では、実施の形態1における全てのオゾン発生セル120が、図7A、図7Bに示すオゾン発生セル120Aに置換えられる。このオゾン発生セル120Aは、接地電極10と、高圧電極20と、スペーサ組立40Bを有する。高圧電極20には、絶縁筒21Aが使用される。この絶縁筒21Aは、両端部が開放されたガラス管で構成される。スペーサ組立40Bは、複数のスペーサワイヤ41と、スペーサ留め具43Aと、栓部材45を有する。その他は、実施の形態1と同じに構成される。
FIG. 7A is a transverse sectional view showing an
実施の形態1、2では、半球状の閉鎖端部21aを有する絶縁筒21、例えばガラス管を用いたが、閉鎖端部21aを有するガラス管は高価であるので、この実施の形態3では、より安価な両端が開放されたガラス管により絶縁筒21Aを構成した。この絶縁筒21Aの内周面の全面に導電膜22が形成される。スペーサ組立40Bの栓部材45は、この絶縁筒21Aの開放された右端部の内周に嵌め込まれて固定される。この栓部材45は、耐オゾン性の材料、例えばフッ素系樹脂、シリコン、バイトンなどで構成され、絶縁筒21Aの右端部を閉鎖する。この栓部材45は、絶縁筒21Aの内部にガスが流通するのを阻止する。
In the first and second embodiments, the insulating
スペーサ組立40Bでは、栓部材45を用いて、複数のスペーサワイヤ41が保持される。複数のスペーサワイヤ41は、接地電極10の金属筒11と、高圧電極20の絶縁筒21Aとの間に形成された環状放電間隙30に配置される。この複数のスペーサワイヤ41は、実施の形態1と同様に、環状放電間隙30の周方向に互いに間隔をおいて配置され、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の80%以上の範囲に亘り連続して延長される。この複数のスペーサワイヤ41を保持するスペーサ留め具43Aが、ねじ46を用いて栓部材46に固定される。スペーサ留め具43Aを栓部材45に固定することにより、外周にスペーサワイヤ41を保持した絶縁筒21Aを、接地電極10の金属筒11の内周に挿入する作業が容易になる。
In the
実施の形態4.
図8Aは、この発明によるオゾン発生装置の実施の形態4において使用されるオゾン発生セル120Bを示す正面図、図8Bはその側面図である。実施の形態4では、実施の形態1における全てのオゾン発生セル120が、図8A、図8Bに示すオゾン発生セル120Bに置換えられる。この実施の形態4のオゾン発生セル120Bは、接地電極10と、高圧電極20と、スペーサ組立40Cを有する。高圧電極20には、実施の形態3と同様に、絶縁筒21Aが使用され、この絶縁筒21Aは、両端部が開放されたガラス管で構成される。スペーサ組立40Cは、1本のスペーサワイヤ41と、スペーサ留め具43Aと、栓部材45を有する。その他は、実施の形態1と同じに構成される。なお、図8Aは正面図であるが、接地電極10の金属筒11だけは断面で示している。
FIG. 8A is a front view showing an
この実施の形態4では、実施の形態3と同様に、より安価な両端が開放されたガラス管により絶縁筒21Aを構成した。この絶縁筒21Aの内周面の全面に導電層22が形成される。スペーサ組立40Cの栓部材45は、この絶縁筒21の開放された右端部に嵌め込まれて固定される。この栓部材45は、耐オゾン性の材料、例えばフッ素系樹脂、シリコン、バイトンなどで構成され、絶縁筒21Aの右端部を閉鎖する。この栓部材45は、絶縁筒21Aの内部にガスが流通するのを阻止する。
In the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, the insulating
スペーサ組立40Cでは、栓部材45を用いて、単に1本のスペーサワイヤ41が保持される。この1本のスペーサワイヤ41は、接地電極10の金属筒11と高圧電極20の絶縁筒21Aとの間に形成された環状放電間隙30に螺旋状に配置される。この1本のスペーサワイヤ41は、絶縁筒21Aの中心軸線C−Cの周りに、コイルと同様な形状で螺旋状に巻かれる。この螺旋状の1本のスペーサワイヤ41は、実施の形態1と同様に、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の長さLgの全長に亘り連続して巻かれるが、長さLgの80%以上の範囲に連続して巻いても、環状放電間隙30の長さLgの全長に亘り、間隙長をほぼ均一に規定できる。
In the
螺旋状のスペーサワイヤ41の一端が、スペーサ留め具43に保持され、栓部材46に固定される。この螺旋状のスペーサワイヤ41は、その一端がスペーサ留め具43に保持された状態で、絶縁筒21Aとともに、金属筒11の内周に嵌め込まれる。螺旋状のスペーサワイヤ41は、最初には、小さなピッチで絶縁筒21Aの外周に巻かれているが、金属筒11の内周に嵌め込まれるのに伴ない、金属筒11と絶縁筒21Aとの間に挟み込まれ、そのピッチが増大し、最終的に、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の長さLsの80%以上の範囲に連続して巻かれる。
One end of the
この実施の形態4のスペーサ組立40Cでは、単に1本のスペーサワイヤ41を使用するので、スペーサ組立40Cの構造が簡単になり、オゾン発生セル120Bの組立作業も簡単化される。
In the
なお、1本のスペーサワイヤ41を環状放電間隙30に螺旋状に配置する構成は、実施の形態1でも採用することができる。この場合、実施の形態1におけるスペーサ組立40のスペーサ留め具43に1本のスペーサワイヤ41が保持され、この1本のスペーサワイヤ41が環状放電間隙30に螺旋状に配置される。
The configuration in which one
実施の形態5.
図9Aは、この発明によるオゾン発生装置の実施の形態5で使用されるオゾン発生セル120Cの横断面図、図9Bはその側面図である。実施の形態5では、実施の形態1における全てのオゾン発生セル120が、図9A、図9Bに示すオゾン発生セル120Cに置換えられる。この実施の形態5のオゾン発生セル120Cでは、複数のスペーサ組立40Dが使用される。このスペーサ組立40Cでは、複数のスペーサワイヤ41のそれぞれが、スペーサ組立40Cにより金属筒11に固定される。その他は実施の形態1と同じに構成される。
FIG. 9A is a cross-sectional view of an
各スペーサ組立40Dは、スペーサワイヤ41と、2つのスペーサ固定具47を有する。これらのスペーサ固定具47は、スペーサワイヤ41の両端部に固定され、各スペーサ固定具47は、ねじ48により、それぞれ金属端板111、112の外面に固定され、金属筒11に固定される。この実施の形態4では、スペーサワイヤ41が金属筒11に固定されるので、高圧電極20の絶縁筒21Aを、金属筒11の内周へ挿入する作業が、より簡単化される。
Each
なお、図9Aでは、絶縁筒21は、閉鎖端部21aを有するガラス管で構成されている。しかし、実施の形態3、4と同様に、両端部を開放したガラス管からなる絶縁筒21Aを使用し、その右端部を栓部材45により封止することもできる。
In FIG. 9A, the insulating
実施の形態6.
図10Aは、この発明によるオゾン発生装置の実施の形態6で使用されるオゾンセル構造体110Aの一部分を示す側面図、図10Bはその一部分の縦断面図である。この実施の形態6では、実施の形態1におけるオゾンセル構造体110が、図10A、図10Bに示すオゾンセル構造体110Aに置換えられる。このオゾンセル構造体110Aは、一対の相対向する金属端板111、112の間に配置された複数のオゾン発生セル120と、スペーサ組立50を有する。実施の形態6で使用されるスペーサ組立50では、複数のオゾン発生セル120の中の隣接する2つのオゾン発生セル120について、それぞれの環状放電間隙30に配置されたスペーサワイヤ41を、共通の線材51で構成して、オゾンセル構造体110Aに保持する。共通の線材51は、隣接する2つのオゾン発生セル120におけるスペーサワイヤ41と、それを連結する連結ワイヤ51a、51bを含む。その他は、実施の形態1と同じに構成される。
FIG. 10A is a side view showing a part of an
連結ワイヤ51aは金属端板111の外側に配置され、連結ワイヤ51bは金属端板112の外側に配置される。連結ワイヤ51a、51bは、共通の線材51により、隣接する2つのオゾン発生セル120の各スペーサワイヤ41の延長部分として構成される。これらの連結ワイヤ51a、51bは、隣接する2つのオゾン発生セル120の環状放電間隙30に配置されたスペーサワイヤ41を連結し、それらのオゾン発生セル120の各スペーサワイヤ41をオゾンセル構造体110Aに保持する。この実施の形態6では、各オゾン発生セル120の各スペーサワイヤ41が、オゾン構造体110に保持されるので、各オゾン発生セル120の接地電極10の金属筒11のそれぞれの内周に、高圧電極20を挿入する作業を容易に行なうことができる。
The connecting
図10A、図10Bにおいて、例えば縦方向に隣接する2つののオゾン発生セル120a、120bに注目する。1つの共通の線材51は、オゾン発生セル120aの1つのスペーサワイヤ41となり、金属端板111の外側から、そのオゾン発生セル120aの環状放電間隙30をその中心軸線の延長方向に貫通して金属端板112の外側に至り、この金属端板112の外側で連結ワイヤ51bとなって、隣接するオゾン発生セル120bの金属端板112の外側に至る。さらに共通の線材51は、この金属端板112の外側から、オゾン発生セル120bのスペーサワイヤ41となって、このオゾン発生セル120bの環状放電間隙30をその中心軸線C−C方向に貫通し、金属端板111の外側に至り、この金属端板111の外側で連結ワイヤ51aとなって、オゾン発生セル120aの金属端板111の外側にリターンする。このように、隣接する2つのオゾン発生セル120a、120bのスペーサワイヤ41と、連結ワイヤ51a、51bとが、共通の線材51により構成され、オゾンセル構造体110Aに保持される。他の隣接する2つのオゾン発生セル120についても、同様に、それらのスペーサワイヤ41と連結ワイヤ51a、51bを共通の線材51で構成して、オゾンセル構造体110Aに保持する。
In FIGS. 10A and 10B, attention is paid to two
実施の形態7.
図11Aは、この発明によるオゾン発生装置の実施の形態7で使用されるオゾンセル構造体110Bの一部分を示す側面図、図11Bはその一部分の縦断面図である。この実施の形態7では、実施の形態1におけるオゾンセル構造体110が、図11A、図11Bに示すオゾンセル構造体110Bに置換えられる。このオゾンセル構造体110Bは、一対の相対向する金属端板111、112の間に配置された複数のオゾン発生セル120と、スペーサ組立50Aを有する。この実施の形態7では、実施の形態6のスペ―サ組立50に代わってスペーサ組立50Aが使用される。スペーサ組立50Aは、実施の形態6で使用されたスペーサ組立50に、複数の引張りばね52を追加したものである。その他は、実施の形態6と同じに構成される。Embodiment 7 FIG.
FIG. 11A is a side view showing a part of an
複数の各引張りばね52は、連結ワイヤ51bのほぼ中央に配置され、金属端板112の側面に配置される。この引張りばね52は、隣接する2つのオゾン発生セル120のスペーさワイヤ41に張力を与える。その結果、共通の線材51で構成された隣接する2つのオゾン発生セル120のそれぞれスペーサワイヤ41は、中心軸線C−Cの延長方向に引張られた状態で、オゾンセル構造体110に保持される。このように、引張りばね52により、隣接する2つのオゾン発生セル120のスペーサワイヤ41に張力を与えると、高圧電極20を金属筒11の内周に挿入する作業をさらに容易に行なうことができる。
Each of the plurality of tension springs 52 is disposed substantially at the center of the connecting
実施の形態8.
図12は、この発明によるオゾン発生装置の実施の形態8で使用されるオゾンセル構造体110Cを示す側面図である。この実施の形態8では、実施の形態1におけるオゾンセル構造体110が、図12に示すオゾンセル構造体110Cに置換えられる。このオゾンセル構造体110Cは、一対の相対向する金属端板111、112の間に配置された複数のオゾン発生セル120と、スペーサ組立50Bを有する。この実施の形態8で使用されるスペーサ組立50Bは、実施の形態7のスペーサ組立50Aにおける引張りばね52に代わって、ワイヤ固定部材53を用いたものである。その他は、実施の形態7と同じで構成される。Embodiment 8 FIG.
FIG. 12 is a side view showing an
ワイヤ固定部材53は、隣接する4つのオゾン発生セル120のほぼ中央に、それぞれ配置される。このワイヤ固定部材53は、例えばねじで構成され、金属端板112にねじ込まれて固定される。このワイヤ固定部材53は、隣接する4つのオゾン発生セル120の間の連結ワイヤ51bを金属端板112に固定する。例えば、隣接する4つのオゾン発生セル120a〜120dに注目すると、オゾン発生セル120a、120bの間では、連結ワイヤ51b1が、それらのオゾン発生セル120a、120bのスペーサワイヤ41を連結しており、また、オゾン発生セル120c、120dの間では、連結ワイヤ51b2が、それらのオゾン発生セル120c、120dのスペーサワイヤ41を連結している。ワイヤ固定部材53は、連結ワイヤ51b1、52b2が互いに交差する交差部分に配置され、連結ワイヤ51b1、51b2を金属端板112に固定する。他の隣接する4つのオゾン発生セルについても、同様にそれらのほぼ中央にワイヤ固定部材5が2つの連結ワイヤの交差部分を金属端板112に固定する。
The
この実施の形態8では、ワイヤ固定部材53により連結ワイヤ51bを金属端板112に固定するので、連結ワイヤ51bを接地電極10と一体化するための作業が容易になる。
In the eighth embodiment, since the connecting
実施の形態9.
図13は、この発明によるオゾン発生装置の実施の形態9で使用されるオゾン発生セル120Dを示す縦断面図である。実施の形態9では、実施の形態1における全てのオゾン発生セル120が、図13に示すオゾン発生セル120Dに置換えられる。このオゾン発生セル120Dは、実施の形態1で使用したスペーサ組立40を使用せずに、接地電極10を構成する金属筒11の内周面に、複数のスペーサ部分15が形成される。その他は、実施の形態1と同じに構成される。Embodiment 9 FIG.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing an
複数のスペーサ部分15は、実施の形態1におけるスペーサワイヤ41と同様に、環状放電間隙30の周方向に互いに間隔をおいて形成される。各スペーサ部分15は、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の長さLsの全長に亘り、連続して形成され、または、その長さLsの80%以上の範囲に連続して形成され、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向に長さLsのほぼ全長に亘り、径方向の間隙長dを規制する。スペーサ部分15は、例えば、実施の形態1におけるスペーサワイヤ41を金属筒11の内周面に溶接して構成されるか、または金属筒11の内周面を削り、金属筒11と一体に形成される。金属筒11の内周面を削って、金属筒11と一体にスペーサ部分15を構成する場合には、酸溶液を用いて金属筒11の内周面をエッチングするのが有効である。スペーサ部分15は、実施の形態1におけるスペーサワイヤ41と同様に、断面を円形に構成することもでき、また方形の断面を持つように構成することもできる。金属筒11の内周面をエッチングなどで削る場合には、スペーサ部分15の突出面15aは、円周面の一部を形成する円弧面となる。
The plurality of
複数のスペーサ部分15は、高圧電極20を構成する絶縁筒21、21Aの外周面に形成することもできる。この場合にも、この複数のスペーサ部分15は、環状放電間隙30の周方向に互いに間隔をおいて形成され、それぞれのスペーサ部分15は、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の長さLsの80%以上の範囲に亘り、連続して形成される。スペーサ部分15は、例えば、実施の形態1におけるスペーサワイヤ41を絶縁筒21、21Aの外周面に溶接して構成されるか、または絶縁筒21、21Aの外周面を削り、絶縁筒21、21Aと一体に形成される。絶縁筒21、21Aの外周面を削って、絶縁筒21、21Aと一体にスペーサ部分15を構成する場合には、絶縁筒21、21Aの外周面をエッチングして構成するのが有効である。
The plurality of
実施の形態9では、スペーサ部分15が、接地電極10を構成する金属筒11または高圧電極20を構成する絶縁筒21、21Aに形成されるので、オゾン発生セル120Dの組立作業を容易に行なうことができる。
In the ninth embodiment, since the
実施の形態10.
図14Aは、この発明によるオゾン発生装置の実施の形態10で使用される接地電極10Aを示す横断面図、図14Bはその縦断面図である。この実施の形態10では、実施の形態1の全てのオゾン発生セル120の接地電極10が、図14A、図14Bに示す接地電極10Aに置換えられ、各オゾン発生セル120のスペーサ組立40が除去される。この実施の形態10の接地電極10Aを構成する金属筒11は、その内周面に複数の点状のスペーサ部分15Bを有する。その他は、実施の形態1と同じに構成される。
FIG. 14A is a transverse sectional view showing a
複数の点状スペーサ部分15Bは、金属筒11の外周部から圧力を加え、金属筒11を部分的にその内周面に突出するように変形して形成される。複数の点状スペーサ部分15Bは、金属筒11の中心軸線C−Cと平行な4本の平行線上に、間隔をおいて、形成される。4本の平行線は、中心軸線C−Cの周りに、互いに90度の間隔で設定される。複数の点状スペーサ部分15Bが点在するエリアは、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の長さLsの全長に亘っており、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の長さLgの全長において、間隙長dを規定する。
The plurality of dot-
実施の形態10でも、スペーサ部分15Bが、接地電極10Aを構成する金属筒11に形成されるので、オゾン発生セル120Dの組立作業を容易に行なうことができる。
Also in the tenth embodiment, since the
実施の形態11.
図15Aは、この発明によるオゾン発生装置の実施の形態11で使用される接地電極10Bを示す横断面図、図15Bはその縦断面図である。この実施の形態11では、実施の形態1の全てのオゾン発生セル120の接地電極10が、図15A、図15Bに示す接地電極10Bに置換えられ、各オゾン発生セル120のスペーサ組立40が除去される。この実施の形態11の接地電極10Bを構成する金属筒11は、実施の形態10の金属筒11と同様に、その内周面に複数の点状のスペーサ部分15Bを有し、複数の点状スペーサ部分15Bを中心軸線C−Cと平行な8本の平行線上に間隔をおいて形成したものである。
FIG. 15A is a transverse sectional view showing a
8本の平行線は、金属筒11の中心軸線C−Cの周りに、45度の角度間隔で設定される。この8本の平行線上に、それぞれ点状スペーサ部分15Bが点在するが、各隣接する平行線では、複数の点状スペーサ部分15Bが互いに他の平行線上の点状スペーサ部分15Bの間に位置するよう配置される。複数の点状スペーサ部分15Bが点在するエリアは、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の長さLsの全長に亘っており、環状放電間隙30の中心軸線C−C方向の長さLgの全長において間隙長dを規定する。平行線は、8本に限らず、3本以上中心軸線C−Cの周りに、互いに等しい角度間隔で設定することができる。
The eight parallel lines are set around the central axis CC of the
実施の形態12.
図16は、この発明によるオゾン発生装置の実施の形態12で使用されるオゾン発生セル120Eを示す縦断面図である。実施の形態12では、実施の形態1における全てのオゾン発生セル120が、図16に示すオゾン発生セル120Eに置換えられる。このオゾン発生セル120Eは、複数の点状スペーサ15Cを環状放電間隙30に配置し、この複数の点状スペーサ15Cを、接地電極10を構成する金属筒11の内周面または高圧電極20を構成する絶縁筒21、21Aの外周面に接着材を用いて貼り付けたものである。実施の形態1おけるスペーサ留め具43は使用されない。その他は、実施の形態1と同じに構成される。Embodiment 12 FIG.
FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing an
この実施の形態12でも、複数の点状スペーサ15Cが金属筒11または絶縁筒21、21Aに貼り付けられるので、オゾン発生セル120Eの組立作業を容易に行なうことができる。
Also in the twelfth embodiment, since the plurality of point-
その他の実施の形態.
実施の形態1〜12ではいずれも、各オゾン発生セル120において、金属筒(第1電極)11により接地電極10を構成し、絶縁筒21と導電層22(第2電極)により高圧電極20を構成しているが、これらを入れ替え、金属筒(第1電極)11により高圧電極20を構成し、絶縁筒21と導電層22(第2電極)により接地電極10を構成することもできる。この場合にも、金属筒11は一対の金属端板111、112に両端を固定され、この金属筒11の内周に絶縁筒21が配置され、この絶縁筒21には、導電層22が形成される。この場合、図1の交流高圧電源108の高圧電圧が金属端板111、112を経由して各オゾン発生セル120の金属筒11に供給され、導電層22が接地される。Other embodiments.
In each of the first to twelfth embodiments, in each
また、各実施の形態1〜12では、絶縁筒21の内周に導電層22を形成したが、絶縁筒21の外周面の全面に導電層22を形成するように変更することもできる。この変更は、絶縁筒21と導電層22が、高圧電極20を構成する場合に限らず、絶縁筒21と導電層22が接地電極10を構成する場合にも採用できる。
In each of the first to twelfth embodiments, the
この発明によるオゾン発生装置は、水処理設備等に利用されるオゾン化ガスを工業的に生成する。 The ozone generator according to the present invention industrially generates ozonized gas used for water treatment facilities and the like.
100:オゾン発生装置、
110、110A、110B、110C:オゾンセル構造体、
111、112:金属端板、10、10A、10B:接地電極、11:第1電極、
20:高圧電極、21、21A、22:第2電極、
40、40A、40B、40C、40D:スペーサ組立、
41 スペーサワイヤ、43、43A:スペーサ留め具、45:栓部材、
47:スペーサ固定部材、50:スペーサ組立、15、15B;スペーサ部分。
15C:スペーサ。 100: ozone generator,
110, 110A, 110B, 110C: ozone cell structure,
111, 112: Metal end plate, 10, 10A, 10B: Ground electrode, 11: First electrode,
20: High voltage electrode, 21, 21A, 22: Second electrode,
40, 40A, 40B, 40C, 40D: spacer assembly,
41 spacer wire, 43, 43A: spacer fastener, 45: plug member,
47: spacer fixing member, 50: spacer assembly, 15, 15B; spacer portion.
15C: Spacer.
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110412 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110830 |