(57)【要約】【課題】ホットスポットによる生成オゾンの分解を防止してオゾン生成効率の低下を防止したオゾン発生装置を提供する。【解決手段】複数本の並列配置された電極管２１が設置された冷却室１１を有する。複数本の電極管２１内には、内面に金属膜が形成され、外面は電極管２１の内面と対峙する放電管２２が挿入されている。各電極管２１と各放電管２２内の金属膜との間には電源設備３１から放電電力が供給される。複数の電極管２１に対しては、オゾン原料ガスを供給する原料ガス供給室１２と、電極管２１内で生成されたオゾンガスを収容するオゾンガス収容室１３とが設けられている。冷却室１１には、原料ガス供給室１２近くの下部に冷媒入口１１ａが設けられ、オゾンガス収容室１３近くの上部に冷媒出口１１ｂが設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の互いに並列に配置された金属性の電極管と、
これら複数本の電極管の両端の周縁部間を互いに閉鎖した両端面板、及び前記複数本の電極管からなる管群の周囲を包囲する胴部を有し、これら両端面板及び胴部により形成される冷却室と、
前記複数本の電極管内に挿入され内面には金属膜が形成され、外面は電極管の内面と放電ギャップを介して対峙する放電管と、
前記各電極管と前記各放電管内の金属膜との間に所定の放電電力を供給する電源設備と、
前記複数の電極管の一端と連通し、この電極管内にオゾン原料ガスを供給する原料ガス供給室、及び前記複数の電極管の他端と連通し、これら電極管内で生成されたオゾンガスを収容するオゾンガス収容室と、
前記冷却室を形成する前記胴部の、前記原料ガス供給室近くの下部に設けられた冷媒入口、及び前記胴部の、前記オゾンガス収容室近くの上部に設けられた冷媒出口と、
を備えた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】
本発明の実施形態は、電極管内に放電管を配置して形成した放電ギャップでの無声放電によりオゾンを生成するオゾン発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度浄水処理システム等にオゾン発生装置が広く用いられるようになった。このオゾン発生装置として、タンク状容器内に、複数の電極管を並行配置し、これら電極管内にそれぞれ放電管を同心状に設置してそれぞれ放電ギャップを形成したものがある。この構造のオゾン発生装置では、放電ギャップ部分での無声放電により酸素を含む原料気体からオゾンガスを生成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなオゾン発生装置では、無声放電により電極管が高温になる。電極管が高温になると生成されたオゾンの分解が生じるので、オゾン生成効率が低下する。このため、複数の電極管の周囲に冷却室を形成し、この冷却室内に冷却水を流して、電極管を冷却することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１５９５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この場合、電極管内には原料気体が軸方向に流れ、内部に設けられた放電管との放電ギャップでの無声放電によりオゾンが生成されるので、電極管はそのオゾンガスの出口側が、原料気体の入口側に比べ高温となる。このため、この電極管のオゾンガス出口側の部分を効果的に冷却する必要があり、冷却室への冷却水の入口は、電極管のオゾンガス出口側に近い下部に設けている。また、冷却室からの冷却水の出口は、前述した冷却水入口とは対角を成す電極管の原料気体入口側に近い上部に設けている。
【０００６】
冷却水は限られた冷却室内で所定の冷却水量を確保するために、かなりの流速で冷却水の入口から出口に向かって冷却室内を流れる。このため、冷却室内で、流速の早い部分と流れが滞って流速の遅い部分が生じ、冷却効果に差が生じる。冷却水の入口と出口とは、前述のように冷却室に対して対角を成す関係で配置されているので、冷却室内における冷却水の流速は、対角方向の流れが最も早い。これに対し、冷却室内の、冷却水入口上方の隅部付近は、上述した対角方向の流れから外れるため、流れが滞り、流速は遅くなる。すなわち、冷却水の流速が遅く冷却効果が低いため高温となり、所謂ホットスポットが生じる。このホットスポットの位置は、上述のように、冷却水入口上方の隅部付近であり、言い換えると、電極管内の放電ギャップで生成されたオゾンガスの出口部分である。このため、生成されたオゾンガスが出口部分で分解されることとなり、オゾン生成効率が大きく低下する。
【０００７】
本発明は、ホットスポットによる、生成オゾンの分解を防止してオゾン生成効率の低下を防止したオゾン発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施の形態に係るオゾン発生装置は、複数本の互いに並列に配置された金属性の電極管と、これら複数本の電極管の両端の周縁部間を互いに閉鎖した両端面板、及び前記複数本の電極管からなる管群の周囲を包囲する胴部を有し、これら両端面板及び胴部により形成される冷却室と、前記複数本の電極管内に挿入され内面には金属膜が形成され、外面は前記電極管の内面と放電ギャップを介して対峙する放電管と、前記各電極管と前記各放電管内の金属膜との間に所定の放電電力を供給する電源設備と、前記複数の電極管の一端と連通し、これら電極管内にオゾン原料ガスを供給する原料ガス供給室、及び前記複数の電極管の他端と連通し、これら電極管内で生成されたオゾンガスを収容するオゾンガス収容室と、前記冷却室を形成する前記胴部の、前記原料ガス供給室近くの下部に設けられた冷媒入口、及び前記胴部の、前記オゾンガス収容室近くの上部に設けられた冷媒出口とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、冷却室内の、冷媒入口上方の隅部に生じるホットスポットによる生成オゾンの分解を防止することができ、オゾン生成効率の低下を防止できるオゾン発生装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るオゾン発生装置の全体構成図である。
【図２】図１で示したオゾン発生器における複数の電極管の端面図である
【図３】本発明の一実施形態における放電管の構造を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態における冷却室内での温度分布を説明する図である
【図５】本発明の他の実施形態に係るオゾン発生装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１はこの実施の形態に係るオゾン発生装置の全体構造を示している。このオゾン発生装置は、円筒形のタンク状容器１０を有し、このタンク状容器１０内は、軸方向（図示横方向）の中央部に冷却室１１が、その図示左側には原料ガス供給室１２が、図示右側にはオゾンガス収容室１３がそれぞれ形成されている。
【００１３】
冷却室１１内には、複数本のステンレス等の金属性の電極管２１が設置されている。この複数の電極管２１は、その長さ方向が、タンク状容器１０の軸方向に沿う状態で並行配置されている。図１は図面の錯綜化を防ぐために比較的少数の電極管２１を図示したが、実際には図２で示すように多数の電極管２１が配置されている。
【００１４】
また、冷却室１１は、これら複数本の電極管２１の両端の周縁部間を互いに閉鎖した両端面板１５、及び複数本の電極管２１からなる管群の周囲を包囲する胴部１０ａを有する。胴部１０ａはタンク状容器１０の軸方向中央部分である。これら両端面板１５及び胴部１０ａにより閉鎖された冷却室１１が形成される。
【００１５】
複数本の電極管２１内には、ガラスなどの誘電体による放電管２２が同心状に挿入されている。この放電管２２は、図３で示すように、ガラス管２３と、ガラス管２３内面に被覆された金属膜（例えば、ステンレス皮膜）２４とからなる。ガラス管２３は、図示のように一端が封止され、他端は、後述する電源設備との接続用に開放されている。また、その外面は、電極管２１の内面と同心円状の間隙（以下、放電ギャップとして説明する）を介して対峙している。
【００１６】
複数の電極管２１は、両端面板１５及びタンク状容器１０を介して接地されている。この設置された複数の電極管２１と、各放電管２２内の金属膜２４との間には、電源設備３１により所定の放電電力が供給される。すなわち、電源設備３１は接続線３２及び図示しないフューズを介して放電管２２内に、その開放端側から接続され、放電管２２内の金属膜２４と対応する電極管２１との間に高電圧を印可し、この間に無声放電を生じさせる。
【００１７】
原料ガス供給室１２は、複数の電極管２１の一端（図示左端）と連通し、この電極管２１内にオゾン原料ガスを供給する。この原料ガス供給室１２は、タンク状容器１０の下部に設けられた吸気口１２ａから酸素を含む原料ガスを導入し、この原料ガスを上述のように複数の電極管２１内に供給する。電極管２１内に供給された原料ガスは放電管２２の外周面との間隙、すなわち、放電ギャップ内にて無声放電を受け、オゾンが生成され、オゾンガスとなる。
【００１８】
オゾンガス収容室１３は、複数の電極管２１の他端（図示右端）と連通し、これら電極管２１内で生成され、電極管２１から送出されるオゾンガスを収容する。収容されたオゾンガスは、タンク状容器１０の上部に設けられた排気口１３ａから外部に導出され、所定の用途に供される。
【００１９】
ここで、冷却室１１を形成する胴部１０ａの、原料ガス供給室１２近くの下部（図示左方下部）には冷媒入口１１ａが設けられ、この冷媒入口１１ａから冷却室１１内に冷媒（例えば、冷却水）が注入される。また、胴部１０ａの、オゾンガス収容室１３近くの上部（冷媒入口１１ａと対角を成す位置）には冷媒出口１１ｂ設けられている。冷却室１１内では、冷媒入口１１ａから注入された冷却水等の冷媒が、冷媒出口１１ｂに向かって流れ、冷却室１１内部に設けられている複数の電極管２１を冷却する。
【００２０】
上記構成において、酸素を含む原料ガスは、吸気口１２ａからタンク状容器１０内の原料ガス供給室１２内に入り、各電極管２１内を図１の左側から右側に通気され、放電管２２の外周との間の放電ギャップ間に流れる。この際、高圧電極となる金属膜２４と接地電極となる電極管２１との隙間に生ずる無声放電により原料ガスの一部がオゾンに変わってオゾンガスが生成される。生成されたオゾンガスは、電極管２１の図示右端からタンク状容器１０内のオゾンガス収容室１３内へ送出され、さらに、排気口１３ａから外部に導出され、所定の用途に供される。
【００２１】
前述の無声放電に伴って電極管２１は加熱されて高温になる。このため、複数の電極管２１が設けられた冷却室１１内に冷媒（冷却水）を流し冷却する。
【００２２】
このとき、電極管２１は、原料気体の入口（図示左端）側に比べオゾンガスの出口（図示右端）側が、放電による熱が蓄積されるため高温となる。このため、電極管２１のオゾンガス出口側である図示右側の部分を効果的に冷却し、この出口部分でのオゾンガスの分解を防止する必要がある。このために、この実施の形態では、冷媒入口１１ａを、原料ガス供給室１２近く（電極管２１の原料ガス入口側）の下部（図示左方下部）に設け、冷媒出口１１ｂをオゾンガス収容室１３近く（電極管２１からの生成オゾンガス出口側）の上部に設けている。
【００２３】
ここで、冷却室１１内に注入された冷媒は、図示左側下部の冷媒入口１１ａから、反対側となる図示右側上部の冷媒出口１１ｂに向かって流れる。このため、冷却室１１内で、流速の早い部分と流れが滞って流速の遅い部分が生じる。冷媒の入口１１ａと出口１１ｂとは、図示のように、冷却室１１に対して対角を成す関係で配置されているので、冷却室１１内における冷媒の流速は、図示左下から右上への対角方向の流れが最も早い。これに対し、冷却室１１内の図示左上の隅部付近、及び右下の隅部付近は、上述した対角方向の流れから外れるため、流れが滞り、流速は遅くなる。このため、冷却室１１内の温度分布は図４で示すようになる。
【００２４】
図４は、冷却室１１内の軸方向に沿う温度分布を表している。図４において、温度は４つの温度領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに分布している。これらの温度領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの温度は、Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄである。
【００２５】
すなわち、冷却室１１内の下部全体は低温領域Ａであり、冷媒の入口１１ａから出口１１ｂに向かう対角部分は、流速が速いので低温領域Ａと中温の領域Ｂとが混在している。冷却室１１内の上記対角部分より外れた隅部についてみると、図４の右下部分は、冷媒（冷却水）の流れが滞って流速は低くなるが、低温領域Ａを維持している。
【００２６】
これに対し、冷却室１１内の冷媒入口１１ａの上方隅部、すなわち、図４の左上部分は、冷媒（冷却水）の流れが滞って流速が低くなる上に、電極管２１から無声放電による熱が加わるため、比較的高温部分Ｃとなり、その中でも最も高温となる部分Ｄ（所謂ホットスポット）が生じる。
【００２７】
この発明の実施の形態では、冷媒入口１１ａが、電極管２１に対する原料ガス供給側に設けられているため、上述したホットスポットが生じる部分も、その位置に対応する電極管２１への原料ガスの入口部分である。このように、ホットスポットが生じた部分は原料ガスの入口部分であるため、未だオゾンが殆ど生成されておらず、ホットスポットの熱により分解されるオゾン自体が少量である。
【００２８】
ホットスポットが生じる電極管２１であっても、冷却室１１内における冷媒の流れにより、オゾンガス出口側（図示右側）に進むにしたがって徐々に温度は低下し、殆どの電極管２１の冷媒出口１１ｂ近くは低温部分Ｂとなっている。このため、ホットスポット部分より図示右側部分で生成されたオゾンガスは、ほぼそのままオゾンガス収容室１３内に送出される。すなわち、従来のオゾン発生装置のように、生成されたオゾンが、ホットスポットにより分解されることでオゾン発生効率が大幅に低下することはなく、所定のオゾン発生量を得ることができる。
【００２９】
ここで、図１におけるホットスポット部分の温度上昇は、電力密度を３ｋｗ／ｍ２にした場合、１８ｋもの温度上昇が発生する。これによるオゾン発生効率は数％程度低下する。このため、放電電力密度を２．５ｋｗ／ｍ２程度にすることで、高いオゾン発生効率を維持できる。
【００３０】
上述した実施の形態では、図１で示したように放電管２２の開放端側（高圧電源が接続される側）が、ガス供給室１２側に向いているため、電極管２１との放電により生成されるオゾンが、放電管２２内に侵入することはない。このため、放電管２２内に形成された金属膜２４がオゾンガスに晒されることがなく、金属膜２４の酸化・劣化の無い、安定したオゾン発生装置が得られる。
【００３１】
図１の実施の形態では、電極管２１に対して放電管２２を一方向から挿入しているが、図５で示すように、電極管２１の両端部から、一対の放電管２２をその封止端側を突き合わせ状態で挿入することで、大容量のオゾン発生装置を構成することができる。
【００３２】
この場合、図示右側の放電管２２は高圧電源が接続される開放端側が、オゾンガス収容室１３側に位置するため、生成されたオゾンガスの一部が図示右側の放電管２２内に侵入する。このため、放電管２２内の金属膜２４が酸化性の強いオゾンガスに晒されることになる。しかし、金属膜２４として前述のようにステンレス膜を用いれば、この金属膜が酸化により劣化することはなく、安定したオゾン発生機能を維持することができる。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１０…タンク状容器
１０ａ…胴部
１１…冷却室
１１ａ…冷媒入口
１１ｂ…冷媒出口
１２…原料ガス供給室
１３…オゾンガス収容室
１５…両端面板
２１…電極管
２２…放電管
２３…ガラス管
２４…金属膜
３１…放電用の電源設備
【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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