(57)【要約】【課題】特有なスペーサを用いることにより、安定性があり、均一な放電間隙が形成し易いオゾン発生装置を得る。【解決手段】スペーサ８１は、その長手方向の長さが接地電極２の内周長よりも短く、弾性帯状材８１ａが圧縮されない状態で接地電極２の内径よりも大きな半径を持たせた弾性帯状材８１ａで形成し、この弾性帯状材８１ａの幅方向の両側に形成した凸部８１ｃを有する板バネ対８１ｂを、弾性帯状材８１ａの長手方向に複数個設け、板バネ対８１ｂの凸部高さは板バネ対８１ｂが圧縮されない状態で放電間隙長より大きくし、複数個の板バネ対８１ｂを有する弾性帯状材８１ａで形成したスペーサ８１を接地電極２の内径方向に圧縮して接地電極２に保持させ、板バネ対８１ｂの凸部高さを接地電極２と高圧電極１とで圧縮して放電間隙を維持するようにしたものである。【選択図】図１
2008013404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管で形成された接地電極と、円筒状の絶縁材の内面に導電層を形成した高圧電極を備え、前記接地電極と前記高圧電極との間で、前記電極の長手方向に複数個のスペーサを介在させて放電間隙を形成するオゾン発生装置において、
前記スペーサは、その長手方向の長さが前記接地電極の内周長よりも短く、弾性帯状材が圧縮されない状態で前記接地電極の内径よりも大きな半径を持たせた弾性帯状材で形成し、この弾性帯状材の幅方向の両側に形成した凸部を有する板バネ対を、前記弾性帯状材の長手方向に複数個設け、前記板バネ対の凸部高さは前記板バネ対が圧縮されない状態で前記放電間隙長より大きくし、
複数個の板バネ対を有する前記弾性帯状材で構成した前記スペーサを前記接地電極の内径方向に圧縮して前記接地電極に保持させ、前記板バネ対の凸部高さを前記接地電極と前記高圧電極とで圧縮して前記放電間隙を維持するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
前記接地電極と前記高圧電極とで前記板バネ対の凸部高さを圧縮して前記放電空間を維持し、前記板バネ対の凸部が前記電極の中心部に向き合うようにした請求項１記載のオゾン発生装置。
【請求項３】
前記スペーサの厚みが前記放電間隙長の０．５倍以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
前記スペーサの板バネ対における凸部の圧縮されない状態での高さが前記放電間隙長の１．５〜４．０倍であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のオゾン発生装置。
【請求項５】
前記スペーサの幅方向の板バネ対の各先端が丸み加工されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のオゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、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、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空間に流通させ、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。
【０００３】
図１０は一般的なオゾン発生装置を示す断面図である。図において、１は高圧電極で、ガラスなどの誘電体（絶縁材）からなる円筒管１１の内表面に導電層である給電膜１２が密着して設けられて構成されている。２はステンレスなどの金属管などからなる接地電極である。高圧電源３は高圧ヒューズ３１を介して高圧電極１の給電膜１２に接続されている。高圧電極１と接地電極２は同軸状に設置され、両電極の間の隙間が放電間隙４となっている。この放電間隙４を均一に構成するために両電極１、２間にはスペーサ８が配設されている。放電間隙４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２は冷却水７により水冷されている。
【０００４】
このような構成において、酸素を含む原料ガスをガス入口５から放電間隙４に流通させ、高圧電極１に交流高電圧を印加すると、放電間隙４に無声放電が発生し、オゾン化ガスが生成され、ガス出口６からオゾン化ガスが出力される。誘電円筒管１１が破壊すると高圧電極１と接地電極２の間で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３１を挿入して、事故を未然に防ぐ構造が取られている。
【０００５】
図１１は従来のオゾン発生装置に用いるスペーサの高圧電極への取付け例を示す斜視図である。図１２は図１１のスペーサ部分の断面図である。スペーサ８は帯状のステンレス材料に複数個の突起部８ａを設け、両端に締付用孔８ｂと、折返し部８ｃを設けている。誘電円筒管１１の外周にスペーサ８を巻きつけ、一端の締付用穴８ｂに他端の折返し部８ｃを通して折り曲げる。この際にスペーサ８を引っ張ってから折返して固定すると、誘電円筒管１１の表面にスペーサ８が固定される。スペーサの突起部８ａの高さは、図１２に示すようにほぼ放電間隙４のギャップ長（間隙長）に等しい高さに設定されている。従来のオゾン発生装置用スペーサは、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２６４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のような従来のスペーサ８の構成は、スペーサ突起部８aが存在するため、高圧電極１にスペーサ８を取付けてから接地電極２の中に挿入する際に、突起部８aが接地電極２に当り、摩擦が強く挿入作業が行い難いという問題点があった。また挿入の際に突起部８aにかかる力が誘電円筒管１１にもかかり、誘電円筒管１１が破損するという問題点もあった。オゾン発生装置は、オゾン濃度を高くして、しかもオゾン発生効率を上げるためには放電間隙４のギャップを短くする必要があるが、特にギャップ長を０．６ｍｍ以下に短くしようとすると作業が非常に困難になり、ガラスが破損しやすいという問題点があった。
【０００８】
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あり、特有なスペーサを用いることにより、安定性があり、均一な放電間隙が形成し易いオゾン発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係わるオゾン発生装置は、金属管で形成された接地電極と、円筒状の絶縁材の内面に導電層を形成した高圧電極を備え、前記接地電極と前記高圧電極との間で、前記電極の長手方向に複数個のスペーサを介在させて放電間隙を形成するオゾン発生装置において、前記スペーサは、その長手方向の長さが前記接地電極の内周長よりも短く、弾性帯状材が圧縮されない状態で前記接地電極の内径よりも大きな半径を持たせた弾性帯状材で形成し、この弾性帯状材の幅方向の両側に形成した凸部を有する板バネ対を、前記弾性帯状材の長手方向に複数個設け、前記板バネ対の凸部高さは前記板バネ対が圧縮されない状態で前記放電間隙長より大きくし、複数個の板バネ対を有する前記弾性帯状材で構成した前記スペーサを前記接地電極の内径方向に圧縮して前記接地電極に保持させ、前記板バネ対の凸部高さを前記接地電極と前記高圧電極とで圧縮して前記放電間隙を維持するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のオゾン発生装置によれば、スペーサは、接地電極の内周長よりも短く、弾性帯状材が圧縮されない状態で接地電極の内径よりも大きな半径を持たせた弾性帯状材で構成し、この弾性帯状材の幅方向の両側に形成した凸部を有する板バネ対を、前記弾性帯状材の長手方向に複数個設け、板バネ対の凸部高さは板バネ対が圧縮されない状態で放電間隙長より大きくし、複数個の板バネ対を有する弾性帯状材で形成した前記スペーサを接地電極の内径方向に圧縮して接地電極に保持させ、板バネ対の凸部高さを接地電極と高圧電極とで圧縮して放電間隙を維持するようにしたので、複数個の板バネ対を有する弾性帯状材で形成した前記スペーサを用いることにより、スペーサの弾性帯状材は傾き難く、安定しており、均一な放電間隙が形成し易い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１であるオゾン発生装置を示す断面図である。図２は実施の形態１のスペーサを示す展開図である。図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図４は実施の形態１における加工後のスペーサを示す側面図である。なお、各図で同一符号は同一又は相当部分を示し、その説明を援用する。スペーサ８１は長さＬの帯状材８１ａと、帯状材８１ａの幅方向の両側に帯状材８１ａと一体に形成された複数個の板バネ対８１ｂから形成されている。スペーサの材質は、弾性を有するステンレス材料で、この実施の形態ではＳＵＳ３０４を用いている。
【００１２】
帯状材８１ａの長さ（長手方向の長さ）Ｌは、金属管で形成された接地電極２の断面の内周長よりも短くしている。この実施の形態では、接地電極の内周半径＝１０ｍｍの電極を用いたので、内周長＝６２．８ｍｍ、帯状材８１ａの長さは６０ｍｍとした。板バネ対８１ｂは図３に示すように両側の板バネにそれぞれ凸部８１ｃを形成し、両側の板バネは帯状材８１ａの長手方向軸に対して対称に形成されている。凸部８１ｃの高い位置は、図２の稜線８１ｄに示すように、帯状材８１ａの長手方向に並行に形成されている。これらの凸部８１ｃが接地電極２又は円筒状高圧電極１の中心部に向き合うように（換言すれば、スペーサ８１を接地電極２に保持した状態で、凸部８１ｃの稜線８１ｄが、接地電極２の内周の接線方向になるように、）、弾性帯状材８１ａに図４のように曲率を持った加工を施す。加工後の曲率半径Ｒは、弾性帯状材８１ａの開放状態（圧縮されない状態）で接地電極２の内周の半径よりも大きくする。
【００１３】
帯状材８１ａに形成される板バネ対８１ｂは、帯状材８１ａの長手方向に等間隔に配置されている。しかし、高圧電極１の重量の影響を少なくして、放電間隙をより均一にするために、板バネ対８１ｂの配置間隔を高圧電極１の下方で上方と比較してより狭くしてもよい。
【００１４】
図５は、スペーサを接地電極の内周面に予め配置し、高圧電極を挿入するときの説明図である。図４に示すように、開放状態即ち圧縮されない状態での弾性帯状材８１ａの曲率（半径）Ｒが接地電極２内周の曲率（半径）よりも大きいので、帯状材８１ａを丸めるように圧縮してスペーサ８１を接地電極２の内周面に複数個設置する。バネが拡がろうとする力でスペーサ８１が接地電極２の内周面に張り付き、固定される。必要に応じて、スペーサ８１を接地電極２の内表面に接着又は溶接して固定を確実にしてもよい。また、放電間隙長（ギャップ長）ｄよりもスペーサ８１の板バネ対８１ｂの凸部８１ｃの高さｈの方が大きくなっている。
【００１５】
図６は接地電極に高圧電極を挿入した後の説明図である。高圧電極１の円筒管１１は接地電極２内を図５の矢印の方向に挿入される。このとき、高圧電極１の円筒管１１がスペーサ８１を乗り越えその設置位置を通過し易いように、円筒管１１の挿入方向の先端部１１ａは丸みを付けて形成されている。円筒管１１がスペーサ８１の設置位置を通過した後は、図６に示すように、スペーサ８１の凸部８１ｃの高さが放電ギャップ長ｄと等しくなる。スペーサ８１の板バネ対８１ｂの凸部８１ｃが押しつぶされることにより高圧電極１と接地電極２との放電ギャップを均一に保つ作用をしている。
【００１６】
スペーサ８１の板バネ対８１ｂは弾性を有しており、高圧電極１の円筒管１１を接地電極２内に挿入し比較的にスムーズにスペーサ８１を乗り越え組立てできる。スペーサ８１の板バネは、帯状材８１ａの両側に形成して板バネ対８１ｂとなっているため、高圧電極１の円筒管１１を接地電極２内に挿入し組立てた状態において、スペーサ８１は円筒管１１の挿入方向の前後において傾くことがなく、安定しており、均一な放電間隙が形成し易い。そのため、均一な狭い間隙の放電間隙が形成し易く、オゾン発生効率が高いオゾン発生装置を供給できる。放電間隙が短くなっても高圧電極を破損することが少なく、高圧電極の取付け・交換作業も比較的簡単に行えるので、高性能・高濃度オゾン発生装置を提供できる。高圧電極が破損し難いため寿命が長く、また組立作業時間が短いので安価な装置を供給できる。
【００１７】
実施の形態２．
スペーサ８１の板の厚みは、実施の形態２では０．１ｍｍである。この厚みが分厚すぎるとガスの流れが妨げられ、またバネ力が強くなり過ぎて高圧電極１を入れる時に力がかかり過ぎ、誘電円筒管１１が割れたりする。また、スペーサの板の厚みが薄くなりすぎるとバネ力が弱くなり、ギャップ長を均一に保持できなくなる。長さ１５００ｍｍ、厚み１．５ｍｍ、外径２０ｍｍのほう珪酸ガラス管を用いて試験した結果を次に示す。
【００１８】
図７は組立時のガラス管破損率[％]を縦軸に、ｔ／ｄ（スペーサの板の厚みｔ、ギャップ長ｄ）を横軸にギャップ長ｄをパラメータとして示す特性図である。放電ギャップ長：ｄ＝０．６ｍｍ、０．４ｍｍ、０．３ｍｍについて、スペーサの板の厚みｔを変化させて試験を行った。ｔ／ｄ＞０．５では破損率が急増し（１０％以上）、作業効率が著しく悪化する。従って、スペーサの板の厚みｔはギャップ長の０．５倍以下であることが望ましい。このように、スペーサ８１の厚みが放電ギャップ長の０．５倍以下としたので、組立時のガラス管破損率を抑え、作業時間を短くできるので安価な装置を供給できる。
【００１９】
実施の形態３．
実施の形態３では、放電ギャップ長：ｄ＝０．４ｍｍに対し、スペーサの板バネ対の凸部８１ｃの圧縮されない状態の高さ：ｈ＝１．３ｍｍとした。スペーサは接地電極２の内表面の所定位置に予め設置され、その後ガラス管（誘電円筒管１１）を挿入するが、ｈがｄより高くなり過ぎると、ガラス管を挿入する際にスペーサが所定の位置からずれてしまうという不具合が発生する。図８はガラス管挿入時にスペーサ８１が移動する確率[％]を縦軸に、ｈ／ｄを横軸に、ｄをパラメータとして示す特性図である。放電ギャップ長：ｄ＝０．６ｍｍ、０．４ｍｍ、０．３ｍｍについて、スペーサの凸部の高さｈを変化させて試験を行った。但し、ｔ／ｄ＝０．２５にて試験を行った。
【００２０】
この結果より、ｈ／ｄ＞４ではスペーサ８１が移動する割合が数％以上となり、何回も組立作業を繰り返す必要があるため、作業時間が非常に長くなる。従って、スペーサの凸部８１ｃの圧縮されない状態の高さｈはギャップ長の4倍以下であることが望ましい。ｈ／ｄを小さくし過ぎるとバネの力が弱くなるので、放電ギャップ長を均一に保つ力が弱くなり、オゾン発生効率が低下する。実施の形態３の条件（ｔ／ｄ＝０．２５、ｄ＝０．６ｍｍ、０．４ｍｍ、０．３ｍｍ）で、オゾン発生効率を縦軸に、ｈ／ｄを横軸に取り示した特性図が図９である。オゾン発生効率はｈ／ｄ＝４の時の値を１００％とした。この結果よりｈ／ｄ＜１．５ではオゾン発生効率が急激に９０％以下に低下する。従って、スペーサの凸部８１ｃの圧縮されない状態での高さｈはギャップ長ｄの１．５倍以上であることが望ましい。
【００２１】
このように、スペーサの板バネ対の凸部の圧縮されない状態での高さが放電間隙長の１．５〜４．０倍であると、組立作業効率が良く安価な装置を供給できると共に、放電ギャップ長が均一に保たれるためオゾン発生効率を高くできる。
【００２２】
実施の形態４． 
実施の形態４では、スペーサ８１の板バネの先端は、即ち、板バネの帯状材８１ａの幅方向の先端は、図２に示すように丸みを帯びるように円弧に加工されている。これは角があると接地電極２の中にスペーサ８１をセットする時にバネが倒れやすくなり、作業時間がかかるためである。このように、スペーサの幅方向の板バネ対の各先端が丸み加工（Ｒ加工）されていると、高圧電極の組立時間が短く安価な装置を供給できる。
【００２３】
実施の形態５．
実施の形態５では、図５に示すように高圧電極１の誘電円筒管１１の挿入端側が丸みを帯びた形状としている。これは高圧電極１がスペーサ８１の設置位置を通過する時、板バネをスムーズに圧縮し易くして組立て時間を短くするためである。図５ではきれいな円加工としているが、板バネと接触する部分のみ曲面を持たせた加工としても同様の効果を奏する。
【００２４】
実施の形態６．
スペーサを接地電極２の内面に複数個固定した後、高圧電極１を接地電極２の中に挿入して組立てている。従来例のようにスペーサ８を高圧電極１に巻きつける必要がなく、ガラス管を破損することも無く、作業時間が短い利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１であるオゾン発生装置を示す断面図である。
【図２】実施の形態１のスペーサを示す展開図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】実施の形態１における加工後のスペーサを示す側面図である。
【図５】スペーサを接地電極の内周面に予め配置し、高圧電極を挿入するときの説明図である。
【図６】接地電極に高圧電極を挿入した後の説明図である。
【図７】組立時のガラス管破損率[％]を縦軸に、ｔ／ｄを横軸にギャップ長ｄをパラメータとして示す特性図である。
【図８】ガラス管挿入時にスペーサが移動する確率[％]を縦軸に、ｈ／ｄを横軸に、ｄをパラメータとして示す特性図である。
【図９】オゾン発生効率を縦軸に、ｈ／ｄを横軸に取り示しす特性図である。
【図１０】一般的なオゾン発生装置を示す断面図である。
【図１１】従来のオゾン発生装置に用いるスペーサの高圧電極への取付け例を示す斜視図である。
【図１２】図１１のスペーサ部分の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  高圧電極                            ２  接地電極
３  高圧電極                            ４  放電間隙
５  ガス入口                            ６  ガス出口
７  冷却水                              ８  スペーサ
１１  円筒管                            １１ａ  先端部
１２  給電膜                            ３１  高圧ヒューズ
８１  スペーサ                          ８１ａ  帯状材
８１ｂ  板バネ対                        ８１ｃ  凸部
８１ｄ  稜線
【図１】
2008013404.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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