(57)【要約】  オゾン発生装置における、高圧電極の導電信頼性を向上させることを目的にする。原料ガスが流入する原料ガス室とオゾン化ガスが流出するオゾンガス室とを有する筐体と、筐体の内側に配設されていて、内部に円筒状の空洞を有する接地電極と、片端は先封じされていて内面にははんだ膜が形成されているガラス管と、はんだ膜に給電線を介して電位を供給する高周波電源と、を備えているオゾン発生装置。ガラス管は接地電極の空洞に同心円状に配設されていて、はんだ膜は希土類元素を含んでなるものである。
2015121939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスが流入する原料ガス室とオゾン化ガスが流出するオゾンガス室とを有する筐体と、
前記筐体の内側に配設されていて、内部に円筒状の空洞を有する接地電極と、
片端は先封じされていて内面にははんだ膜が形成されているガラス管と、
前記はんだ膜に給電線を介して電位を供給する高周波電源と、を備え、
前記ガラス管は前記接地電極の空洞に同心円状に配設されていて、
前記はんだ膜は希土類元素を含んでなることを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
前記給電線は前記はんだ膜と接合されていることを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
【請求項３】
前記ガラス管は、内径が５０ｍｍ以下、管長が３００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
原料ガスが流入する原料ガス室とオゾン化ガスが流出するオゾンガス室とを有する筐体と、
前記筐体の内側に配設されていて、内部に円筒状の第１空洞と管状の第２空洞を有する接地電極と、
片端は先封じされていて内面には第１はんだ膜が形成されている第１ガラス管と、
片端は先封じされていて内面には第２はんだ膜が形成されている第２ガラス管と、
前記第１はんだ膜と前記第２はんだ膜に給電線を介して電位を供給する高周波電源と、を備え、
前記第１ガラス管と前記第２ガラス管は、それぞれ、前記第１空洞と前記第２空洞に、同心円状に配設されていて、前記第１はんだ膜と前記第２はんだ膜は希土類元素を含んでなることを特徴とするオゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、オゾン発生装置に関し、特に、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。
【背景技術】
【０００２】
オゾン化ガスは所定濃度のオゾンを含む。オゾン化ガスには、脱臭、殺菌作用があり、水処理設備等に使用されている。オゾンは、酸素または酸素を含む原料ガスを微小空間に流通させ、微小空間に高周波電界を加えて無声放電を発生させると、放電エネルギーにより生成する。工業的に使用されているオゾン化ガスは一般的にこの方法によって生成されている。無声放電を発生させる微小空間は、接地電極と誘電体放電管のギャップに形成されている（例えば特許文献１〜特許文献３）。【０００３】
接地電極はステンレスなどの金属管で構成されている。誘電体放電管は、接地電極の中に挿入されていて、内部に高圧電極を有するガラス管などが使われる。高圧電極は、誘電体放電管の内面に、アルミ、ニッケルなどの金属を、メッキ、溶射などにより形成した薄膜である。高圧電極には高周波の高圧電位が給電される。高圧電位との接触部に発生する微少放電により高圧電極は接触劣化を引き起こす。高圧電極の接触劣化を抑止するために、給電ブラシなどによる接触給電が用いられている（例えば特許文献４）。【０００４】
オゾンは微少空間に生成される。放電電圧は、微少空間のギャップ幅に比例し、ギャップ幅が不均一であると、オゾン生成効率が低下する（例えば特許文献５）。運転コストを下げるためには、ギャップ幅は短い方がよい。放電電圧が下がり電源の負荷が低減する。接地電極と誘電体放電管の製作精度はギャップ幅の変動に影響を与える。ギャップ幅を短くすると、接地電極と誘電体放電管の製作精度の影響が相対的に大きくなる。一般にガラスなどで作られる誘電体放電管は、管径が小さいほど外径の絶対精度が高くなる。【０００５】
同一のギャップ幅で比較すると、小径の接地電極の方が高いオゾン生成効率を得られる。一方で、ガラス管径が小さ過ぎると、微少空間の面積が管径に比例して小さくなるため、放電管一本当たりのオゾン生成量が減少し、生成量当たりのコストが上昇する。通常のオゾン生成装置では、以上の状況を鑑みて、ガラス管径を数ｍｍ〜数１０ｍｍに選んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２１６７６３号公報
【特許文献２】特開２００９−９６６９３号公報
【特許文献３】特開２０１３−１５５０７３号公報
【特許文献４】特開２０１０−６４９１７号公報
【特許文献５】特開２００９−１９６８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
オゾン発生装置は以上のように構成されている。誘電体放電管の内面に導電膜（高圧電極）を形成する場合、放電管の管径が大きければ、アルミなどの金属を放電管の内部に溶射して十分な膜厚の導電膜を形成することができる。しかし、オゾン発生効率の高い、管径がφ５０ｍｍより小さい放電管を使用するオゾン発生装置では、溶射装置を誘電体管に入れることは難しい。ガラス管の内面に溶射膜を構成することができなくなるので、たとえば金属をメッキして導電膜を形成している。【０００８】
メッキ膜は膜厚が厚くなると、ガラスから剥離しやすくなるため、メッキ法では薄い膜厚の導電層しか形成できない。膜厚が薄いと、放電や反応性ガスの影響を受けやすくなる。給電部や導電膜の端部などで僅かな部分放電が起きた場合でも、導電層が絶縁化し、給電が滞る。そこで、直接、導電膜に給電せずに、給電ブラシを用いると、オゾン発生装置はコストが給電ブラシ分上昇する。【０００９】
通常、高電圧配線からガラス管内の導電膜に給電するには、放電による接触部の劣化を抑制するため、給電ブラシが用いられている。現状では、小径のガラス管には導電膜としてＮｉメッキが用いられている。Ｎｉメッキでは表面の酸化膜を介して給電を行うため、ブラシ状の給電子が必要になる。メッキは先封じしたガラス管に形成できないため、メッキ形成後に先封じは行われている。加工時の高温によるＮｉメッキ劣化対策などのため、先封じコストを無視することはできない。【００１０】
すなわちオゾン発生装置では、オゾン発生管に用いられるガラス管の径が大きいときには、十分膜厚が厚く、放電等にも強いアルミ溶射膜を用いることができる。これに対し、オゾン発生効率の高いガラス管径が小さいオゾン発生装置では、放電や腐食性ガスに弱いメッキ膜が用いられてきた。放電効率の高いオゾン発生装置で高圧電極をメッキで製作すると、局所放電や運転手順の手違いなどで容易に導電膜（メッキ膜）が劣化する。本発明は以上のような課題を鑑みてなされてものであり、オゾン発生装置における、高圧電極の導電信頼性を向上させることを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るオゾン発生装置は、原料ガスが流入する原料ガス室とオゾン化ガスが流出するオゾンガス室とを有する筐体と、筐体の内側に配設されていて、内部に円筒状の空洞を有する接地電極と、片端は先封じされていて内面にははんだ膜が形成されているガラス管と、はんだ膜に給電線を介して電位を供給する高周波電源と、を備え、ガラス管は接地電極の空洞に同心円状に配設されていて、はんだ膜は希土類元素を含んでなるものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係るオゾン発生装置は、ガラスに付着する希土類含有はんだを用いてガラス管の内面に導電膜を形成している。はんだ膜の場合、１０μｍ以上の膜厚があるため、酸化により表面が少々絶縁化しても、膜全体としては導電性を保つため、高い導電信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１によるオゾン発生装置を示す模式側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるオゾン発生装置を示す模式正面図である。
【図３】本発明の実施の形態２によるオゾン発生装置を示す模式側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明にかかるオゾン発生装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の既述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１５】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるオゾン発生装置を示す模式図である。本実施の形態では、一本の放電管がオゾン発生装置１００に配置されている。同図において、オゾン発生装置１００は、接地電極２、ガラス管３、原料ガス室８、オゾンガス室１０、高電圧高周波電源１１、高電圧給電線１２、筐体１４などから構成されている。筐体１４は、原料ガス室８とオゾンガス室１０を備えている。酸素を含むオゾンの原料ガス７は原料ガス室８に導入される。無声放電によって生成したオゾンガス９はオゾンガス室１０から外部へ流出する。接地電極２は内側に管状の隔壁６を有している。高電圧給電線１２は高電圧電極１に接続されている。ガラス管３の先端は、ガス流を止めるために、半球状に先封じされている。ガラス管の先封じは、ガラス管の加熱、ガラス管の溶融、ガラス管の整形という手順を踏んで行われる。接地電極２には冷却水５が供給されている。ガラス管３と接地電極２の間には空隙（放電ギャップ４）が形成されている。
【００１６】
図２は接地電極２とガラス管３との関係を表している。接地電極２は内部に円筒状の空洞２ａを有する。高電圧電極１はガラス管３の内面の全周に形成されている。ガラス管３は接地電極２の空洞２ａに同心円状に配設されている。ガラス管３と接地電極２の間に形成された空隙（放電ギャップ４）で無声放電が発生する。通常の高電圧電極は、メッキ膜やアルミ溶射膜が用いられているが、本実施の形態では、希土類含有はんだによるはんだ膜を高電圧電極１に用いている。
【００１７】
希土類含有はんだは、ガラスとの接合時に超音波を加えることでガラスに密着するという性質を持っている。このように作成されたガラス管内導電膜に高電圧高周波電源１１より高電圧高周波を印加する。本実施の形態にかかる高電圧電極１は、ガラスとの接着強度が高いため、十分な接着強度を有する。ガラス管の先封じははんだ膜（高電圧電極１）を形成する前に行う。
【００１８】
高電圧電極１は、はんだ膜であるため、１０μｍ以上の膜厚を有する。はんだ膜は酸化により表面が少々絶縁化しても、膜全体としては導電性を保つため、高い導電信頼性を有する。また、はんだ膜であるため、高電圧電極１は容易に高電圧給電線１２と半田付けによる接合を行うことが可能である。ガラスに対応した希土類含有はんだの場合、高電圧給電線１２を、直接、内面導電膜に接合することができるため、給電ブラシは不要となる。高電圧給電線１２と高電圧電極１は金属テープで止めることもできる。
【００１９】
アルミ溶射機のヘッドは小さいものであればφ５０ｍｍ程度のものを入手することができる。ガラス管の内径がφ５０より大きければ、溶射によりアルミ膜を形成できる。ガラス管の長さが３００ｍｍ未満であれば、短いため入り口から吹き付けてアルミを溶射すればよい。アルミ溶射による導電膜は、希土類含有はんだによる導電膜より安価であり、予めテープ状の給電線をガラス内面に貼ってから溶射することで、給電ブラシを用いない接続も可能である。ガラス管の内面に形成された金属メッキの膜厚は、通常、厚いものでも１μｍ程度であるが、本実施の形態による高電圧電極１は１０μｍ以上の膜厚を有するため、長期信頼性が高い。
【００２０】
次に動作について説明する。高電圧電極１には、高電圧高周波電源１１から高電圧給電線１２を通じて高電圧高周波が印加される。このようにして、ガラス管３と接地電極２との間に設けられた放電ギャップ４に高電界が発生する。この高電界により放電ギャップ４には無声放電が発生し、原料ガス７が化学変化を受けて、その一部がオゾン化する。オゾンガス室１０で発生したオゾンガス９は、オゾン配管に達する。
【００２１】
この発明に係るオゾン発生装置は、ガラスに付着する希土類含有はんだを用いてガラス管（誘電体放電管）の内面に導電膜を形成している。本発明による導電膜は、内径がφ５０ｍｍ以下で、長さが３００ｍｍ以上のガラス管を用いて放電管を構成する場合にその効果を特に発揮する。ガラス管の先封じを導電層を形成する前に行うことで、先封じに伴う入熱による導電層の劣化を抑制することが出来る。
【００２２】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２によるオゾン発生装置を示す模式図である。同図は、複数本の放電管を配置したオゾン発生装置の模式図である。オゾン発生装置１００は、高電圧電極１、接地電極２、ガラス管３、原料ガス室８、オゾンガス室１０、高電圧高周波電源１１、共通高電圧給電線１３などから構成されている。酸素を含むオゾンの原料ガス７は原料ガス室８に導入される。接地電極２には冷却水５が供給されている。高電圧電極１はガラス管３の内側全周に形成されている。
【００２３】
接地電極２は内側に管状の隔壁６を有している。ガラス管３の同軸外周部に空隙（放電ギャップ４）を介して接地電極２が配置されている。共通高電圧給電線１３は高電圧電極１に接続されている。無声放電によって生成したオゾンガス９はオゾンガス室１０から外部へ導出される。ガラス管３の先端は、ガス流を止めるために、半球状に先封じされている。ガラス管の先封じは、ガラス管の加熱、ガラス管の溶融、ガラス管の整形という手順を踏んで行われる。
【００２４】
次に動作について説明する。高電圧電極１には、高電圧高周波電源１１から高電圧給電線１２を通じて高電圧高周波が印加される。このようにして、ガラス管３と接地電極２との間に設けられた放電ギャップ４に高電界が発生する。この高電界により放電ギャップ４には無声放電が発生し、原料ガス７が化学変化を受けて、その一部がオゾン化する。オゾンガス室１０で発生したオゾンガス９は、オゾン配管に達する。
【００２５】
この発明に係るオゾン発生装置は、ガラスに付着する希土類含有はんだを用いてガラス管（誘電体放電管）の内面に導電膜を形成している。本発明による導電膜は、内径がφ５０ｍｍ以下で、長さが３００ｍｍ以上のガラス管を用いて放電管を構成する場合にその効果を特に発揮する。ガラス管の先封じを導電層を形成する前に行うことで、先封じに伴う入熱による導電層の劣化を抑制することが出来る。
【００２６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  高電圧電極、２  接地電極、２ａ  空洞、３  ガラス管、
４  放電ギャップ、５  冷却水、６  隔壁、７  原料ガス、
８  原料ガス室、９  オゾンガス、１０  オゾンガス室、
１１  高電圧高周波電源、１２  高電圧給電線、
１３  共通高電圧給電線、１４  筐体、１００  オゾン発生装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2015121939.tif 000008