(57)【要約】【課題】腐食し難く、高い信頼性を有するオゾン発生器を得ることを課題とする。【解決手段】横型の筒状の気密容器２１と、この気密容器内に配置された，一端が閉塞されかつ内面に金属膜が形成された円筒状の放電管２２と、この放電管の外側に該放電管と同心円状でかつ放電ギャップ２６を介して配置された接地電極管２４とを備え、接地電極間の外周側を冷却水により冷却するとともに、放電管２２に高電圧を印加し、放電ギャップに流通させた酸素を含む原料ガス中にオゾンを発生させるオゾン発生器であって、２方向弁２９ａ，２９ｂ，３２ａ，３２ｂを夫々介装した原料ガス供給配管２７ａ，２７ｂとオゾンガス出口配管３０ａ，３０ｂを各２箇所ずつ設置して、原料ガス供給配管からオゾン化ガス出口配管への流路を２通り設置し、２方向弁の操作により流路を交互に切替え可能な構成にしたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横型の筒状の気密容器と、この気密容器内に配置された，一端が閉塞されかつ内面に金属膜が形成された円筒状の放電管と、この放電管の外側に該放電管と同心円状でかつ放電ギャップを介して配置された接地電極管とを備え、前記接地電極間の外周側を冷却水により冷却するとともに、前記放電管に高電圧を印加し、放電ギャップに流通させた酸素を含む原料ガス中にオゾンを発生させるオゾン発生器であって、
弁を介装した原料ガス供給配管と弁を介装したオゾンガス出口配管を夫々各２箇所ずつ設置して、原料ガス供給配管からオゾン化ガス出口配管への流路を２通り設置し、弁の操作により流路を交互に切替え可能な構成にしたことを特徴とするオゾン発生器。
【請求項２】
前記原料ガス配管とオゾンガス出口配管の夫々に、各２箇所ずつ２方向弁が介装されていることを特徴とする請求項１記載のオゾン発生器。
【請求項３】
２つの原料ガス配管が原料ガス入口で第１の３方向弁により接続され、２つのオゾンガス出口配管がオゾン化ガス出口で第２の３方向弁により接続されていることを特徴とする請求項１記載のオゾン発生器。
【請求項４】
前記弁は運転時間によって交互に切替えることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一記載のオゾン発生器。
【請求項５】
前記運転時間は発生オゾン濃度、電力量のいずれかまたは組合せによって制御することを特徴とする請求項４に記載のオゾン発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオゾン発生器に関し、特に放電管内部構成品の腐食，劣化を回避することができるようにしたオゾン発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、オゾン発生器においては、金属電極と誘電体電極、もしくは誘電体電極同士が一対となって放電電極を構成し、その間にスペーサを挿入することにより微小な放電ギャップを形成している。そして、両電極間の放電ギャップにオゾン原料ガスを流し、両電極間に高電圧を印加することにより放電ギャップに無声放電が発生され、この無声放電によりオゾン化ガスが生成される。
【０００３】
上記オゾン発生器においては、オゾン発生器内部はオゾン以外にも、ＮＯｘが発生し、大変な腐食環境である。また、オゾン発生器内部は無声放電の熱によって７０℃を超える高温になる場合もあるため、温度と腐食ガスの両方から腐食がすすみやすい状況にあった。このようなオゾン発生器としては、例えば特許文献１が知られている。図６は、従来のオゾン発生器の概略構成を示す断面図である。
【０００４】
図中の符番１は気密容器を示す。この気密容器１内には、両端部が開放された多数本のステンレス管２が互いに平行に配設されている。このステンレス管２の外周部には、冷却水室３が形成されている。前記ステンレス管２の内部には、内面に金属膜（図示せず）を形成した放電管４がステンレス管２の両端から、ステンレス管２と同心状に挿入装着されている。ステンレス管２と放電管４の間にはスペーサ５が設置され、スペーサ５によってステンレス管２と放電管４の間に放電ギャップ６が形成されている。
【０００５】
気密容器１には、気密容器１内に原料空気を供給するための原料空気入口７、気密容器１で形成されたオゾンを流出するためのオゾン化ガス出口８、及び冷却水を供給・排出するための冷却水入口９，冷却水出口１０が夫々設けられている。また、気密容器１には、放電管４とステンレス管２間に高周波電源（図示せず）から高電圧を印加するための高圧碍子１１，リード線１２，ヒューズ１３及び給電子１４が設けられている。
【０００６】
こうした構成のオゾン発生器の作用は次のとおりである。  
気密容器１内には酸素を含む原料空気が原料空気入口７から供給され、放電管４とステンレス管２との間に形成された放電ギャップ６内を流れ、オゾン化ガス出口８から流出される。一方、冷却水室３には冷却水入口９から冷却水が供給され、その冷却水は冷却水出口１０から排出される。ここで、放電管４とステンレス管２との間に高周波電源から高電圧を高圧碍子１１、リード線１２、ヒューズ１３及び給電子１４を介して印加すると、放電ギャップ６に無声放電が形成され、オゾンが発生する。無声放電で発生する熱は、冷却水室３に供給された冷却水により冷却され、冷却水は冷却水出口１０から排出される。これにより、放電ギャップ６のガス温度の上昇が抑制され、高濃度・高収率のオゾンが得られる。  
また、従来、オゾン発生器としては、特許文献２が知られている。
【特許文献１】特開２００７−１６９１３４号公報
【特許文献２】特許第３８２８９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の従来のオゾン発生器には以下に述べるような問題がある。  
即ち、図６に示すオゾン発生器では、気密容器内部で原料ガスがオゾン化空気を生成する過程で硝酸が発生する。その反応過程を以下に示す。  
ｅ＋Ｎ２→ｅ＋Ｎ＋Ｎ  
Ｎ＋Ｏ２→ＮＯ＋Ｏ  
ＮＯ＋Ｏ３→ＮＯ２＋Ｏ２ 
ＮＯ２＋ＮＯ３→Ｎ２Ｏ５ 
Ｎ２Ｏ５＋Ｈ２Ｏ→２ＨＮＯ３ 
ここで、ｅは放電中で生成する電子、Ｎは窒素、Ｏは酸素である。  
ところで、高電力密度で無声放電を発生すると、オゾン化ガスは７０℃に達する場合がある。これらの温度と腐食性ガスによってオゾン発生器の内部構成部品は除々に劣化していく。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、内部構成部品が高電力密度であっても、内部の構成部品の腐食が進みにくく、劣化しないオゾン発生器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るオゾン発生器は、横型の筒状の気密容器と、この気密容器内に配置された，一端が閉塞されかつ内面に金属膜が形成された円筒状の放電管と、この放電管の外側に該放電管と同心円状でかつ放電ギャップを介して配置された接地電極管とを備え、前記接地電極間の外周側を冷却水により冷却するとともに、前記放電管に高電圧を印加し、放電ギャップに流通させた酸素を含む原料ガス中にオゾンを発生させるオゾン発生器であって、弁を介装した原料ガス供給配管と弁を介装したオゾンガス出口配管を夫々各２箇所ずつ設置して、原料ガス供給配管からオゾン化ガス出口配管への流路を２通り設置し、弁の操作により流路を交互に切替え可能な構成にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、オゾン化ガスの流路を２通り設置し、弁の操作で交互にすることにより、オゾン発生器内部の構成部品の腐食を抑制し、放電管の寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のオゾン発生器について更に詳しく説明する。  
本発明に係るオゾン発生器は、上記したように、気密容器と、接地電極管と、放電管とを備え、接地電極間の外周側を冷却水により冷却するとともに、放電管に高電圧を印加し、放電ギャップに流通させた酸素を含む原料ガス中にオゾンを発生させるオゾン発生器であって、弁を夫々介装した原料ガス供給配管と弁を夫々介装したオゾンガス出口配管を夫々各２箇所ずつ設置して、原料ガス供給配管からオゾン化ガス出口配管への流路を２通り設置し、弁の操作により流路を交互に切替え可能な構成になっている。
【００１２】
こうした発明において、弁の操作により流路を交互に切替え可能な構成としては、例えば、次の２つのケースが挙げられる。  
１）原料ガス配管とオゾンガス出口配管の夫々に、各２箇所ずつ２方向弁が介装されている構成（図１参照）。この構成の場合、２方向弁を夫々介装した２つの原料ガス配管は原料ガス入口で接続されるとともに、２方向弁を夫々介装した２つのオゾンガス出口配管はオゾンガス出口で接続されて、原料ガス配管とオゾンガス出口配管の夫々に介装された２方向弁を操作することにより、オゾン化ガスによるオゾン発生器内部の構成部品の劣化の促進を防ぐことができる。
【００１３】
２）２つの原料ガス配管が原料ガス入口で第１の３方向弁により接続され、２つのオゾンガス出口配管がオゾン化ガス出口で第２の３方向弁により接続された構成（図２参照）。この構成の場合、原料ガス配管側の第１の３方向弁、オゾン化ガス出口配管側の第２の３方向弁を操作することにより、オゾン化ガスによるオゾン発生器内部の構成部品の劣化の促進を防ぐことができる。
【００１４】
本発明において、原料ガス入口側及びオゾン化ガス出口側の２方向弁又は３方向弁、運転時間によって交互に切替えること構成にすることが好ましい。ここで、運転時間は、発生オゾン濃度、電力量のいずれかまたは組合せによって制御することが好ましい。即ち、発生オゾン濃度や電力量はオゾン発生器内部の構成部品の腐食状況により変動するので、運転中の電力平均値やオゾン濃度平均値を算出し、これらのデータをコントローラで制御して弁の開閉を行うことができる。
【００１５】
次に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。  
（第１の実施形態）  
図中の符番２１は、横型の筒状の気密容器を示す。この気密容器２１内には、両端部が開放された多数本のステンレス管（接地電極管）２２が互いに平行に配設されている。このステンレス管２２の内側には、冷却水室２３が形成されている。前記ステンレス管２３の内部には、一端が閉塞された円筒状の放電管２４が挿入装着されている。この放電管２４は、一端が閉塞された筒状のガラス管の内面に金属膜を形成した構成で、高圧電極の機能を備えている。放電管２４は、ステンレス管２３の両端から該ステンレス管２３と同心円状に配置されている。ステンレス管２３と放電管２４の間にはリング状のスペーサ２５が設置され、スペーサ２５によってステンレス管２２と放電管２４の間に放電ギャップ２６が形成されている。
【００１６】
気密容器２１への原料ガス入口では、気密容器２１内に原料空気を供給するための原料空気供給配管（原料ガス供給配管）２７ａ,２７ｂが配管２８に接続されている。原料空気供給配管２７ａ,２７ｂには、第１の原料ガス入口弁（２方向弁）２９ａ，第２の原料ガス入口弁（２方向弁）２９ｂが夫々介装されている。気密容器２１からのオゾン化ガス出口では、気密容器２１で形成されたオゾンを流出するためのオゾン化ガス出口配管３０ａ，３０ｂが配管３１に接続されている。オゾン化ガス出口配管３０ａ，３０ｂには、第１のオゾン化ガス出口弁（２方向弁）３２ａ，第２のオゾン化ガス出口弁（２方向弁）３２ｂが夫々設けられている。
【００１７】
気密容器２１には、気密容器２１内に水を供給するための冷却水入口３３，冷却後の冷却水を気密容器２１から排出するための冷却水出口３４が夫々設けられている。また、気密容器２１には、放電管２４とステンレス管２２間に高周波電源（図示せず）から高電圧を印加するための高圧碍子３５，リード線３６，樹脂製のヒューズ３７及び給電子３８が設けられている。
【００１８】
こうした構成のオゾン発生器の作用は次のとおりである。  
オゾン原料ガスが第１の原料空気入口弁２９ａを介装した原料空気供給配管２７ａから密閉容器２１内に供給されると、オゾン原料ガスは放電ギャップ２６を流れた後、第１のオゾン化ガス出口弁３２ａを介装したオゾン化ガス出口配管３０ａから流出される流路と、第２の原料空気入口弁２９ｂを介装した原料空気供給配管２７ｂから第２のオゾン化ガス出口弁３２ｂを介装したオゾン化ガス出口配管３０ａから流出される流路のいずれかを流れる。そして、入口弁２９ａ，２９ｂ及び出口弁３２ａ，３２ｂを操作することにより、流路を交互に切り替えることができるようになっている。また、放電管２４とステンレス管２２との間に高周波電源から高電圧を高圧碍子３５、リード線３６、ヒューズ３７及び給電子３８を介して印加すると、放電ギャップ２６に無声放電が形成され、オゾンが発生する。無声放電で発生する熱は、冷却水入口３３から冷却水室２３に供給された冷却水により冷却され、冷却水は冷却水出口３２から排出される。これにより、放電ギャップ２６のガス温度の上昇が抑制され、高濃度・高収率のオゾンが得られる。
【００１９】
第１の実施形態によれば、原料空気供給配管２７ａ，２７ｂに第１の原料ガス入口弁２９ａ，第２の原料ガス入口弁２９ｂを夫々介装するとともに、オゾン化ガス出口配管３０ａ，３０ｂに第１のオゾン化ガス出口弁３２ａ，第２のオゾン化ガス出口弁３２ｂを夫々介装した構成になっているので、入口弁２９ａ，２９ｂ及び出口弁３２ａ，３２ｂを操作して流路を交互に切り替えて運転することにより、オゾン化ガスによるオゾン発生器内部の構成部品の劣化の促進を防ぐことができる。
【００２０】
（第２の実施形態）  
図２を参照する。なお、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。  
図中の符番４１は、原料空気入口の配管２８に接続された原料ガス入口三方向弁（第１の３方向弁）を示す。配管２８は、第１の３方向弁４１で原料空気配管２７ａ，２７ｂに分岐されている。また、符番４２は、オゾン化ガス出口の配管３１に接続されたオゾン化ガス出口三方向弁（第２の３方向弁）を示す。配管３１は、第２の３方向弁４２でオゾン化ガス出口配管３０ａ，３０ｂに分岐されている。
【００２１】
こうした構成のオゾン発生器において、オゾン原料ガスが原料ガス入口三方向弁４１のＡ方向からオゾン発生器の密閉容器２１内に供給されると、その後オゾン原料ガスは放電管２４とステンレス管２２との間に形成された放電ギャップ２６を流れ、オゾン化ガス出口三方向弁４２のＡ方向から流出される流路と原料ガス入口三方向弁４１のＢ方向から入り、オゾン化ガス出口三方向弁４２のＢ方向からから流出される２通りの流路をもつ構造となる。
【００２２】
第２の実施形態によれば、原料空気入口に原料ガス入口三方向弁４１を設けるとともに、オゾン化ガス出口にオゾン化ガス出口三方向弁４２を設けた構成になっているので、オゾン化ガス出口を交互に切替え運転することによりオゾン化ガスによる劣化の促進を防ぐことができる。
【００２３】
（第３の実施形態）  
図３及び図４を参照する。ここで、図３は第３の実施形態に係るオゾン発生器の概略的な構成を示す説明図であり、図４は同オゾン発生器の制御フロー図である。なお、図中の符番５１はオゾン発生器を示し、符番５２ａ，５２ｂは第１，第２の入口電動弁（Ｎｏ．１，２入口電動弁）を、符番５３ａ，５３ｂは第１，第２の出口電動弁（Ｎｏ．１，２出口電動弁）を、符番５４は前記電動弁の開閉を行うコントローラを示す。  
腐食の原因となるＮＯｘ量は、発生オゾン濃度及び電力密度に比例する。そこで、図４の制御フローのように、オゾン濃度平均値と電力量平均値と運転時間の関係から原料空気入口弁の切替えのタイミングを導出する。
【００２４】
具体的には、制御フローは図４に示すように行う。まず、制御開始後、オゾン発生器のオゾン濃度の平均値を算出する（工程ａ）。次に、（オゾン濃度平均値−運転時間積算値）の関係を導出する（工程ｂ）。つづいて、このデータに基づいて運転時間積算から切替時間設定値を算出する（工程ｃ）。この後、第１の入口電動弁５２ａを開くとともに、第１の出口電動弁５３ａを開き（工程ｄ）、第１の入口電動弁５２ａ側の運転時間を積算開始する（工程ｅ）。ここで、運転時間積算値が切替時間設定値に等しいか否かを確認する（工程ｆ）。等しければ（Ｙｅｓ）、次の工程に進み、等しくなければ（Ｎｏ）、工程ｆの前に戻す。
【００２５】
次の工程では、第２の入口電動弁５２ａを開くとともに，第２の出口電動弁５３ａを開く（工程ｇ）、あるいは第１の入口電動弁５２ａを閉じるとともに，第１の出口電動弁５３ａを閉じる（工程ｈ）、あるいは第１の入口電動弁５２ａ側の運転時間積算を終了する（ｉ）、あるいは第２の入口電動弁５３ａ側の運転時間積算を開始する（工程ｊ）のいずれかを行う。ここで、工程ｉを選択した場合は、その後第１の入口電動弁５２ａ側の運転時間積算を記憶する（工程ｋ）。
【００２６】
工程ｇを選択した場合は、運転時間積算値が切替時間設定値に等しいか否かを確認する（ｌ）。等しければ（Ｙｅｓ）、次の工程に進み、等しくなければ（Ｎｏ）、工程ｌの前に戻す。次に、第２の入口電動弁５２ｂを閉じるとともに，第２の出口電動弁５３ｂを閉じる（工程ｍ）、あるいは第２の入口電動弁側の運転時間積算を終了する（工程ｎ）。工程ｍの場合は制御を終了し、工程ｎの場合は第２の入口電動弁側の運転時間積算を記憶する（工程ｏ）。
【００２７】
第３の実施形態によれば、最適な運転時間を発生オゾン濃度の平均値算出から推定し、切替え時間を制御することで、オゾン化ガスによるオゾン発生器内部の構成部品の劣化の促進を防ぐことができる。
【００２８】
なお、第３の実施形態では、制御開始後、オゾン濃度平均値算出（工程ａ），（オゾン濃度平均値−運転時間積算値）の関係導出（工程ｂ）を経て、運転時間積算から切替時間設定算出を行なう場合について説明した。しかし、これに限らず、図５に示すように、制御開始後、電力平均値の算出（工程ｐ），（電力平均値−運転時間積算値）の関係導出（工程ｑ）を経て、運転時間積算から切替時間設定算出を行なってもよい。また、図示しないが、工程ａ，ｂと工程ｐ，ｑを組合わせて、オゾン濃度平均値と電力量平均値と運転時間の関係から原料空気入口弁の切替えのタイミングを導出してもよい。更に、オゾン濃度平均値や電力平均値を全く考慮せずに、単に運転時間のみで弁を切り替えることもできる。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。具体的には、第３の実施形態では、運転時間積算値、オゾン濃度及び電力量をコントローラに入力する場合について述べたが、運転時間積算値とオゾン濃度、あるいは運転時間積算値と電力量をコントローラに入力する場合でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るオゾン発生器の概略的な断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るオゾン発生器の概略的な断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るオゾン発生器の概略的な構成図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るオゾン発生器の制御フロー図。
【図５】図４とは異なる制御フロー図。
【図６】従来のオゾン発生器の概略的な断面図。
【符号の説明】
【００３１】
２１…気密容器、２２…ステンレス管（接地電極管）、２３…冷却水室、２４…放電管（高圧電極）、２５…スペーサ、２６…放電ギャップ、２７ａ，２７ｂ…原料ガス供給配管（原料ガス供給配管）、２８，３１…配管、２９ａ，２９ｂ…第１の原料ガス入口弁（２方向弁）、３０ａ，３０ｂ…オゾン化ガス出口配管、３２ａ，３２ｂ…第１のオゾン化ガス出口弁（２方向弁）、３３…冷却水入口、３４…冷却水出口、３５…高圧碍子、３６…リード線、３７…ヒューズ、３８…充電子、４１…原料ガス三方弁（第１の３方向弁）、４２…オゾン化ガス出口三方弁（第２の３方向弁）、５１…オゾン発生器、５２ａ，５２ｂ…入口電動弁、５３ａ，５３ｂ…出口電動弁、５４…コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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