(57)【要約】【課題】本発明は従来の内面水冷、外面空冷の石英三重管構造と同様の規模でより多くのオゾンを発生可能な両面水冷の石英製放電管を提供することを課題とするものである。【解決手段】  本発明は上記の課題を解決するために、石英三重管構造の放電管を採用し、冷却は内側及び外側ともに水冷式とするが、特に高電圧側の冷却水は絶縁性の配管を通じて供給、排出する。  すなわち外側石英管１と中間石英管２の間の間隙６に冷却水を流通させ、且つ内側石英管３の内部１３に冷却水を流通させ、双方の冷却水の間に交流高電圧を負荷し、内側石英管３と中間石英管２の間の間隙２５に交流高電界を形成し、無声放電を生ぜしめることによってオゾンを発生させる。  特に高電圧の負荷される冷却水の部分６には冷却水を含む電気抵抗が１ＭΩ以上ある絶縁性の配管２０、２１を通じて冷却水を供給、排出する。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流高電圧を空隙部に負荷してオゾンを発生させる無声放電式オゾン発生器用の放電管であって次の（ａ）〜（ｈ）の構造を兼ね備え、（ｉ）〜（ｌ）の使用方法によりオゾンを発生させるオゾン発生用放電管。
（ａ）中心軸を共有して配置された３本の石英管（１、２、３：以下外側より第一石英管、第二石英管、第三石英管と称す）を備える。
（ｂ）第一石英管１は両端部４ａ、４ｂにおいて第二石英管２の表面に溶接されている。
（ｃ）第二石英管２は両端部５ａ、５ｂにおいて第三石英管３の表面に溶接されている。
（ｄ）第一石英管１と第二石英管の間隙部にステンレス線等の固体電気伝導物１５が導入されていて、その固体電気伝導物１５は交流高電圧電源２４のアース側端子２２に接続されている。
（ｅ）第三石英管３の内部にステンレス等の固体電気伝導物１４が導入されていて、その固体電気伝導物１４は交流高電圧電源２４の高電圧側端子２３に接続されている。
（ｆ）第一石英管１の両端近傍に冷却水の入口１１及び出口１２が設けられている。
（ｇ）第二石英管２の両端近傍にオゾン発生用原料気体の入口７及びオゾン含有気体出口８が設けられている。
（ｈ）第三石英管３の両端近傍に第三石英管３の内部１３に冷却水を導入排出するための電気絶縁性の配管２０、２１が接続されている。
ここで、これらの配管の流路の断面積及び長さはその流路に冷却水を満たした時の配管の両端の間の電気抵抗が１ＭΩ以上であるように選定されている。
（ｉ）前記（ｆ）の冷却水の入口１１より冷却水を第一石英管１と第二石英管２の間隙６に導入し、冷却水の出口１２より冷却水を排出する。
（ｊ）前記（ｈ）の電気絶縁性の配管の一方２０を通じて冷却水を第三石英管の内部に導入し、他方の配管２１を通じて排出する。
（ｋ）前記（ｇ）のオゾン発生用原料気体の入口７よりオゾン発生用原料気体を第二石英管２と第三石英管３の間の間隙２５に導入する。
（ｌ）交流高電圧電源２４を起動することにより、前記（ｄ）の固体電気伝導物１５及び（ｅ）の固体電気伝導物１４の間に交流高電圧を負荷することにより第二石英管と第三石英管の間のオゾン発生用原料気体中に放電を生ぜしめ、オゾンを発生させ、オゾン含有気体出口８よりオゾン含有気体を外部に取り出す。
【請求項２】
交流高電圧を空隙部に負荷してオゾンを発生させる無声放電式オゾン発生器用の放電管であって次の（ａ）〜（ｈ）の構造を兼ね備え、（ｉ）〜（ｌ）の使用方法によりオゾンを発生させるオゾン発生用放電管。
（ａ）中心軸を共有して配置された３本の石英管（１、２、３：以下外側より第一石英管、第二石英管、第三石英管と称す）を備える。
（ｂ）第一石英管１は両端部４ａ、４ｂにおいて第二石英管２の表面に溶接されている。
（ｃ）第二石英管２は両端部５ａ、５ｂにおいて第三石英管３の表面に溶接されている。
（ｄ）第一石英管１と第二石英管の間隙部にステンレス線等の固体電気伝導物１５が導入されていて、その固体電気伝導物１５は交流高電圧電源２４の高電圧側端子２３に接続されている。
（ｅ）第三石英管３の内部にステンレス等の固体電気伝導物１４が導入されていて、その固体電気伝導物１４は交流高電圧電源２４のアース側端子２２に接続されている。
（ｆ）第一石英管１の両端近傍に第一石英管１と第二石英管２の間隙に冷却水を導入排出するための電気絶縁性の配管２０、２１が接続されている。
ここで、これらの配管の流路の断面積及び長さはその流路に冷却水を満たした時の配管の両端の間の電気抵抗が１ＭΩ以上であるように選定されている。
（ｇ）第二石英管２の両端近傍にオゾン発生用原料気体の入口７及びオゾン含有気体出口８が設けられている。
（ｈ）第三石英管１の両端近傍に冷却水の入口９及び出口１０が設けられている。
（ｉ）前記（ｆ）の電気絶縁性の配管の一方２０を通じて冷却水を第一石英管１と第二石英管２の間隙６に導入し、他方の配管２１を通じて排出する。
（ｊ）前記（ｈ）の冷却水の入口９より冷却水を第三石英管の内部に導入し、冷却水の出口１０より冷却水を排出する。
（ｋ）前記（ｇ）のオゾン発生用原料気体の入口７よりオゾン発生用原料気体を第二石英管２と第三石英管３の間の間隙２５に導入する。
（ｌ）交流高電圧電源２４を起動することにより、前記（ｄ）の固体電気伝導物及び（ｅ）の固体電気伝導物の間に交流高電圧を負荷することにより第二石英管と第三石英管の間のオゾン発生用原料気体中に放電を生ぜしめ、オゾンを発生させ、オゾン含有気体出口８よりオゾン含有気体を外部に取り出す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体中の放電によりオゾンを発生させるオゾン発生器の放電部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無声放電法によるオゾン発生器が普及している。これは金属と固体誘電体の間もしくは固体誘電体と固体誘電体の間もしくは固体誘電体を被覆した金属と金属の間に酸素含有気体を流しつつ、放電を生じさせてオゾンを発生する。
【０００３】
例えばステンレス管の内側に内面を電気伝導性物質で被覆したガラス管を配置し、ステンレス管とガラス管内面の電気伝導性物質の間に乾燥空気または酸素等のオゾン発生用気体を送り、同時にステンレス管とガラス管内面の電気伝導性物質の間に電圧実効値５〜１０ｋＶ、周波数５０〜５０００Ｈｚ程度の交流高電圧を負荷してオゾン発生用気体中に放電を生ぜしめてオゾンを発生させる。
【０００４】
特に金属粉塵の発生を伴わない純度の高いオゾンを生成するために石英２重管構造の放電管も実用化されている。このような放電管の構造例はたとえば特開平０６−０４８７０７に記載されている。この構造は中心軸を共有する２本の石英管の内側管の内面に電気伝導性物質を接合して電圧実効値８〜１５ｋＶ、周波数１０００〜２００００Ｈｚ程度の交流高電圧を負荷し、外側管の外面を水冷して接地電位に保持する構造である。
【０００５】
ところでこのような従来のステンレスとガラスの２重管構造あるいは石英２重管構造の無声放電法オゾン発生器用放電管は電気伝導性皮膜でガラス管もしくは石英管の一部を被覆するものであり、廃却時には産業廃棄物として処理されるのが通例であり、環境上の問題を有する。
【０００６】
このような問題を解決する目的を持つ発明として特開２００４−２６９３２６に石英三重管構造の放電管が出願されている。
この発明によれば放電管の主要部分が全て石英であり、リサイクル可能と言う利点がある。ところでこの発明では放電管の内面を水冷し、外面を空冷すると言う冷却方法を採用している。すなわち最も内側の石英管の内部に冷却水を流通させて冷却し、また外側の石英管と中間の石英管の間に電解液を封入し、その電解液を外面より強制空冷している。
【０００７】
この場合放電の出力を高めていくと電解液が加熱されて沸騰を始めるため放電管の規模に応じて一定の限度の出力の範囲内で使用する必要がある。またその結果オゾン発生量にも一定の限界がある。
例えば最も外側の石英管の径を２５ｍｍ、長さを１５８ｍｍ、中間の石英管の径を１８ｍｍ、長さを２００ｍｍ、最も内側の石英管の径を１５ｍｍ、長さを２３０ｍｍとした放電管を用いて放電部に投入出来る電力の限界は２５０Ｗ程度であり、その電力により発生するオゾン発生量は酸素５ｌ／ｍｉｎを用いて１５ｇ／ｈｒ程度である。
【特許文献１】特開平０６−０４８７０７号公報
【特許文献２】特開２００４−２６９３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は石英部に電気伝導性皮膜を被覆せず、石英部と他の部分を容易に解体できて石英部をリサイクル可能で、且つ従来の内面水冷、外面空冷の石英三重管構造と同様の規模でより多くのオゾンを発生可能な両面水冷の石英製放電管を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するために、石英三重管構造の放電管を採用し、冷却は内側及び外側ともに水冷式とするが、特に高電圧側の冷却水は絶縁性の配管を通じて供給、排出する。
【００１０】
すなわち外側石英管１と中間石英管２の間の間隙６に冷却水を流通させ、且つ内側石英管３の内部１３に冷却水を流通させ、双方の冷却水の間に交流高電圧を負荷し、内側石英管３と中間石英管２の間の間隙２５に交流高電界を形成し、無声放電を生ぜしめることによってオゾンを発生させる。
【００１１】
特に高電圧の負荷される冷却水の部分６には冷却水を含む電気抵抗が１ＭΩ以上ある絶縁性の配管２０、２１を通じて冷却水を供給、排出する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により放電管のどの部分にも導電性皮膜を被覆せず、容易に解体して石英部をリサイクル使用可能で且つ従来の特開２００４−２６９３２６記載の内側水冷、外側空冷の石英三重管方式と同一規模で約１．７倍のオゾン発生量を可能とする放電管が実現した。
【００１３】
発明の効果に関する附加説明：実施例におけるオゾン発生量
電気出力（電源損失を含む）として５００Ｗ及び１０００Ｗの実施例についてのオゾン発生量はそれぞれ２５ｇ／ｈｒ及び５０ｇ／ｈｒを得ている。次にそれらの実施例のやや詳細を記す。
【００１４】
５００Ｗの実施例では図１の外側石英管１の径を２５ｍｍ、長さを１５８ｍｍ、中間石英管２の径を１８ｍｍ、長さを２００ｍｍ、内側石英管の径を１５ｍｍ、長さを２３０ｍｍとした放電管を用いて、周波数２０ｋHz、電圧実効値９ｋV、電気出力５００ｗ（電源の損失を含む、以下同様）で、流量５リットル毎分の酸素を原料として２５ｇ／ｈｒのオゾン発生量を得ている。
【００１５】
１０００Ｗの実施例では図１の外側石英管１の径を２５ｍｍ、長さを３１６ｍｍ、中間石英管２の径を１８ｍｍ、長さを３６０ｍｍ、内側石英管の径を１５ｍｍ、長さを３９０ｍｍとした放電管を用いて、周波数２０ｋHz、電圧実効値９ｋV、電気出力１０００Ｗで、流量１０リットル毎分の酸素を原料として２５ｇ／ｈｒのオゾン発生量を得ている。
【００１６】
なお既存の特開２００４−２６９３２６記載の内側水冷、外側空冷の場合では前記５００Ｗの実施例と同一規模の放電管で周波数１５ｋＨｚ、電圧実効値７ｋＶ、出力２５０Ｗで、流量５リットル毎分の酸素を原料として１５ｇ／ｈｒのオゾン発生量である。
【００１７】
ここで放電管の規模が同じであるのにも関らず、本発明では電気出力が５００Ｗの電源を用いるのに対して特開２００４−２６９３２６記載の内側水冷、外側空冷の場合では電気出力を２５０Ｗとした理由は、それ以上の出力に上昇すると第一石英管と第二石英管の間の水が沸騰を始める恐れがあるためである。この点本発明の両面水冷の場合は５００Ｗとしても沸騰することはなく、そのためにより高いオゾン発生量を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は外側石英管１と中間石英管２の間の冷却水及び内側石英管３の内部の冷却水のいずれに高電圧を負荷するかにより２つの形態がある。
【００１９】
内側放電管の内部の冷却水に高電圧を負荷する場合を形態１とし、外側石英管１と中間石英管２の間の冷却水に高電圧を負荷する場合を形態２とする。形態１及び形態２はそれぞれ本発明の請求項１及び請求項２に関る形態を示すものである。なお、以下の説明においては外側放電管１、中間放電管２、内側放電管３をそれぞれ第一放電管１、第二放電管２、第三放電管３と呼ぶ。
【００２０】
形態1（請求項１に関る形態）：本発明の実施の形態を図１により説明する。
形態１における構造：中心軸を共有して配置された３本の石英管（１、２、３：以下外側より第一石英管、第二石英管、第三石英管と称す）を備え第一石英管１は両端部４ａ、４ｂにおいて第二石英管２の表面に溶接されている。
第二石英管２は両端部５ａ、５ｂにおいて第三石英管３の表面に溶接されている。
【００２１】
第一石英管１と第二石英管の間隙部にステンレス線等の固体電気伝導物１５が導入されていて、その固体電気伝導物１５は交流高電圧電源２４のアース側端子２２に接続されている。
第三石英管３の内部にステンレス等の固体電気伝導物１４が導入されていて、その固体電気伝導物１４は交流高電圧電源２４の高電圧側端子２３に接続されている。
【００２２】
第一石英管１の両端近傍に冷却水の入口１１及び出口１２が設けられている。
第二石英管２の両端近傍にオゾン発生用原料気体の入口７及びオゾン含有気体出口８が設けられている。
【００２３】
第三石英管３の両端近傍に第三石英管の内部に冷却水を導入排出するための絶縁性の配管２０、２１が接続されている。
その配管の断面積及び長さは、これらの配管に冷却水を満たした時の配管の両端の間の電気抵抗が１ＭΩ以上であるように選定される。
【００２４】
実施例では外径４ｍｍ、内径２ｍｍ、長さ５００ｍｍのフッ素樹脂性配管を使用し、冷却水として水道水を用いた場合に５ＭΩ以上の電気抵抗を得ている。
【００２５】
形態１における使用方法：冷却水の入口１１より冷却水を第一石英管１と第二石英管２の間隙６に導入し、冷却水の出口１２より冷却水を排出する。
絶縁性の配管の一方２０を通じて冷却水を第三石英管の内部に導入し、他方の配管２１を通じて排出する。
【００２６】
オゾン発生用原料気体の入口７よりオゾン発生用原料気体を第二石英管２と第三石英管３の間の間隙２５に導入する。
交流高電圧電源２４を起動することにより、第一石英管１と第二石英管２の間隙の固体電気伝導物１５及び第三石英管の内部の固体電気伝導物１４の間に交流高電圧を負荷することにより第二石英管２と第三石英管３の間のオゾン発生用原料気体中に放電を生ぜしめ、オゾンを発生させ、オゾン含有気体出口８よりオゾン含有気体を外部に取り出す。
【００２７】
形態２（請求項２に関る形態）：本発明の実施の形態を図２により説明する。
形態２における構造：形態１における構造との相違は第一石英管１の両端近傍に第一石英管１と第二石英管２の間隙に冷却水を導入排出するための絶縁性の配管２０、２１が接続されていて、第三石英管１の両端近傍に冷却水の入口９及び出口１０が設けられている点である。これは交流高電圧電源の高電圧側端子とアース側端子の放電管との接続が形態１と逆になったためである。
その他の点については形態１と同様である。
【００２８】
形態２における使用方法：前記の形態１との構造上の相違に基づく点を除き、形態１と同様の使用方法による。
【００２９】
発明の形態に関する附加説明：絶縁性配管が冷却水で満たされた時の電気抵抗を１ＭΩ以上とした理由
本発明の放電管で問題となるのは冷却水を放電管の高電圧側に導く配管２０、２１における電力の損失である。その２本の配管での電力の損失ＷＰは次の（式１）で評価される。
ＷＰ＝２×Ｖ×Ｖ／Ｒ        （式１）
ここでＶは高電圧の電圧実効値、Ｒは１本の配管に冷却水を満たした状態での電気抵抗、係数２は配管が供給側と排出側の２本あるため、２倍している意味である。
【００３０】
実用上の観点から上記の２本の配管の部分の損失を最大で全出力の３分の１まで許容するものとする。
すなわち
ＷＰ＝ＷＴ／３                （式２）
ここでＷＴは全出力である。
上記（式１）及び（式２）より次の式が導かれる。
Ｒ＝６×Ｖ×Ｖ／ＷＴ           （式３）
【００３１】
ここでＶ＝９０００Ｖ、ＷＴ＝５００Ｗとすると、Ｒ＝９７２０００Ωであり、ほぼ１ＭΩとなる。
請求項１及び請求項２において、配管の部分が冷却水で満たされた場合の電気抵抗の上限を１ＭΩとした理由はこのような評価によるものである。
【００３２】
当然のことながら全出力ＷＴが５００Ｗより大きい場合には（式３）にて評価されるＲも大きくなる。例えばＷＴ＝１０００ＷとすればＲはほぼ５００ｋΩとなる。
しかし配管部での電気抵抗を１ＭΩ程度とすることは比較的容易である。冷却水を用いた実施例では内径２ｍｍ、長さ１００ｍｍの配管で１ＭΩ以上が得られている。内径４ｍｍとすれば長さ４００ｍｍで１ＭΩ以上が得られる。
敢えて１ＭΩ以下の抵抗で使用することは全出力の大小に関らず省エネルギーの観点から望ましくないため、本発明の請求項においては配管の冷却水に満たされた状態での電気抵抗の上限を１ＭΩと設定した。
【００３３】
なお前記実施例ではその配管の部分の電気抵抗が５ＭΩ以上であり、高電圧の実効電圧実効値９ｋＶとして電力損失が１本の配管について１６Ｗ以下であり、２本で３２Ｗ以下と評価される。これは損失が全出力５００Ｗの７％以下という事となる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によるオゾン発生用放電管を用いることによりコンパクトでオゾン発生量が高く、また接ガス部が石英のみであるため高純度のオゾン発生が可能なオゾン発生器を構成できる。このようなオゾン発生器は、半導体製造、半導体洗浄、上水殺菌、排水処理、池水浄化等種々の分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】形態１（請求項１）に関る３重管構造の放電管の構造を示す。
【図２】形態２（請求項２）に関る３重管構造の放電管の構造を示す。
【００３６】
１ 第一石英管（外側石英管）
２ 第二石英管（中間石英管）
３ 第三石英管（内側石英管）
４ａ石英管溶接部
４ｂ石英管溶接部
５ａ石英管溶接部
５ｂ石英管溶接部
６ 第一石英管と第二石英管の間隙
７ オゾン発生用原料気体導入口
８ オゾン含有気体排出口
９ 冷却水入口
１０ 冷却水出口
１１ 冷却水入口
１２ 冷却水出口
１３ 第三石英管の内部
１４ 固体電気伝導物
１５ 固体電気伝導物
１６ エル型継ぎ手
１７ ティー型継ぎ手
１８ ティー型継ぎ手
１９ エル型継ぎ手
２０ 電気絶縁性配管
２１ 電気絶縁性配管
２２ アース側端子
２３ 高電圧側端子
２４ 交流高電圧電源
２５ 第二石英管と第三石英管の間隙
【図１】
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【図２】
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