(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
オゾンは、強力な酸化作用があり、作用後には無害な酸素等に分解する。そのため、オゾンは、半導体製造や食品製造、水処理等の分野で、洗浄や殺菌、脱臭等の処理に多用されている。
【0003】
このようなオゾンを発生するオゾン発生装置の多くには、無声放電方式が採用されている。
【0004】
無声放電方式のオゾン発生装置では、誘電体を介して対向する一対の電極間に空隙(放電ギャップ)が設けられている。一対の電極間に高電圧を印加すると、放電ギャップで無声放電が発生する。放電ギャップに酸素を含む原料ガスを流すことで、原料ガスがオゾン化し、オゾンが発生する。
【0005】
このような無声放電方式を採用したオゾン発生装置に、チューブ型のオゾン発生装置がある。チューブ型のオゾン発生装置では、オゾンを発生するユニットを構成する誘電体に、管形状をした放電管が使用されている。チューブ型のオゾン発生装置の場合、複数の放電管を平行に密集させて配置できるため、大型化し易い利点がある。
【0006】
チューブ型のオゾン発生装置における放電管の構造は、例えば特許文献1や特許文献2に開示されている。
【0007】
特許文献1のオゾン発生装置には、一端が球面状に閉じられた円筒状のガラス製の誘電体管が設けられている。その誘電体管の内面、具体的には、誘電体管における球面状の端部から側部にわたる部分の内面には、第1の電極が形成されている。
【0008】
誘電体管の外側を囲むように円筒状の第2の電極が配置されており、誘電体管と第2の電極との間に放電ギャップが形成されている。
【0009】
原料ガスは、高電圧が印加された放電ギャップを通過する間にオゾン化する。オゾン化したガスは、球面状の端部が位置するオゾン化ガス導出口から導出される。
【0010】
特許文献2にも、特許文献1の第1の電極と同様にメタライズされた導電膜が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
従来の電極は、誘電体管の内周面にメタライズによって形成されているため、誘電体管から分離できない構造となっている。従って、電極の交換が必要になった場合には、誘電体管ごと交換せざるを得ない。メタライズによる電極形成は、特殊性が高く、生産性に欠ける不利がある。
【0013】
そこで、本発明の目的は、電極の交換ができるうえに、電極の形成が容易であるチューブ型のオゾン発生装置を提供することにある。
【0014】
なお、本出願人は、本発明に関連する発明を先に提案している(特願2012−253606)。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明に係るチューブ型のオゾン発生装置に備えられるオゾン発生ユニットは、筒状の外側電極管と、放電ギャップを隔てて前記外側電極管の内側に配置される放電管と、を有している。前記放電管は、少なくとも一方の端部に開口を有する筒状の誘電体管と、前記誘電体管の内周面に密接して設置された円筒状の電極膜と、外部電源に接続されて前記電極膜に給電する給電子と、を有している。
【0016】
そして、弾性を有する導体を、前記誘電体管の長手方向に螺旋状にずらしながら配置することにより、前記電極膜が形成されている。
【0017】
このオゾン発生装置によれば、誘電体管内に設置される円筒状の電極膜が取り外し可能な状態で誘電体管に挿入されている。従って、電極膜を誘電体管から取り外して交換することができる。
【0018】
しかも、その電極膜は、弾性を有する導体を用いて、誘電体管に螺旋状に配置することによって形成されているので、開口が小さくて全長が長い誘電体管でも容易に設置することができる。
【0019】
すなわち、弾性を有する導体であれば、例えば細長いガイド棒に対して位置をずらしながら螺旋状に巻き付けることで細長い円筒状にすることができる。そうして、導体を巻き付けたガイド棒を誘電体管に挿入し、導体の拘束を解いてガイド棒から導体を解き放すことで、導体がそれ自体の弾性力によって拡がるため、誘電体管の内周面に密接する円筒状の電極膜を形成することができる。この場合、ガイド棒を導体を解き放った後、ガイド棒は不要となる。従って、ガイド棒の分、関連発明よりも軽量化が可能となる。
【0020】
更に、前記電極膜は、それ自体の弾性力で前記誘電体管の内部で拡がることによって当該誘電体管の内周面に密接していることが好ましい。
【0021】
電極膜自体の弾性力を利用することにより、電極膜に外力を加えることなく、電極膜が誘電体管の内周面に密接するため、装置の形成がさらに容易である。
【0022】
また、前記電極膜は、前記導体を二重以上に重ねて螺旋状にずらしながら配置することが好ましい。
【0023】
導体を二重以上に重ねることにより、導体が誘電体内部で拡がりやすくなり、より確実に電極膜を誘電体内周面に密接させることができる。
【0024】
また、前記電極膜は、前記開口からはみ出た露出端部を有するとよい。
【0025】
このオゾン発生装置では、誘電体管の内周面に、メタライズではなく導体を密接して電極膜を形成しているため、電極膜の誘電体管長手方向の長さを調整すれば、簡単に露出端部を設けることができる。露出端部を設けることにより、複数のオゾン発生ユニットそれぞれを電気的に接続する際に、露出端部同士を電気的に接続すればよい。すなわち、オゾン発生ユニット同士の電気的な接続を簡単に行うことができる。
【0026】
更に、前記給電子は、前記電極膜の内側に設置される内側クリップと、前記電極膜の外側に設置される外側クリップと、を有し、前記内側クリップと前記外側クリップとにより、前記露出端部が挟み込まれているようにするのが好ましい。
【0027】
この場合、電極膜の露出端部が、内側クリップと外側クリップとで挟み込まれているので、電極膜と給電子とを直接的かつ均一に接触させることができ、電極膜に安定して給電することができる。
【発明の効果】
【0028】
本発明のオゾン発生装置によれば、電極が容易に交換できるうえに、電極形成が容易になる。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。
【0031】
(オゾン発生装置の構成)
図1に、本実施形態のチューブ型のオゾン発生装置1を示す。オゾン発生装置1には、装置本体2や、装置本体2と協働する制御機器や操作盤等からなる付帯設備3などが備えられている。
【0032】
装置本体2は、耐腐食性に優れたステンレス製の耐圧容器であり、その内部でオゾンが生成される。装置本体2は、円筒状の胴部11と、胴部11の両端を塞ぐ2つの蓋部12とを有している。装置本体2は、横置きされた状態で一対の脚部13,13によって支持されている。蓋部12の一方は、胴部11にヒンジを介して取り付けられており、開閉可能な扉とされている。
【0033】
装置本体2には、原料ガス配管14やオゾン配管15、冷却配管16などが接続されている。具体的には、原料ガス配管14は、図外の原料ガス供給源に接続されており、酸素や空気等の原料ガスが原料ガス配管14を通じて装置本体2に供給される。オゾン配管15は、図外のオゾンの供給先に接続されており、装置本体2で生成されたオゾンがオゾン配管15を通じてその供給先に送られる。
【0034】
冷却配管16は、入水用及び出水用の2つの冷却配管16a,16bがあり、それぞれ図外の熱交換器等に接続されている。装置本体2には、これら冷却配管16a,16bを通じて冷却水が循環供給される。
【0035】
図2に示すように、装置本体2の内部は、ステンレス製の2枚の区画板17,17によって原料ガス室18、冷却室19及びオゾン室20に区画されている。原料ガス室18は、装置本体2の一方の端部に配置されており、原料ガス配管14と連通している。オゾン室20は、装置本体2の他方の端部に配置されており、オゾン配管15と連通している。
【0036】
冷却室19は、原料ガス室18とオゾン室20の間に位置し、装置本体2の大部分を占めている。冷却室19は、オゾン室20側の下隅部分で入水用の冷却配管16aと連通し、原料ガス室18側の上隅部分で出水用の冷却配管16bと連通している。冷却室19の内部には、複数の規制板21が所定の間隔で設置されている。これら規制板21により、冷却室19の内部は上下互い違いに区画され、冷却水が蛇行して流れるように設計されている。
【0037】
装置本体2の内部には、複数のオゾン発生ユニット30が、冷却室19を横切り、胴部11の長手方向に沿って平行に延びるように設置されている。
【0038】
図3に示すように、各オゾン発生ユニット30は、密集した状態で配置されている。詳しくは、隣り合って位置するオゾン発生ユニット30の間のピッチが同じ長さとなるように、三角配置されている。これらオゾン発生ユニット30の各々において、原料ガスからオゾンが生成される。
【0039】
図4に、オゾン発生ユニット30の詳細を示す。オゾン発生ユニット30は、外側電極管31と放電管32とで構成されている。
【0040】
外側電極管31は、円筒状のステンレス管からなり、その各端部は、各区画板17に隙間無く接合されている。外側電極管31は、区画板17を介して電気的に接地されており、低電圧側の電極を構成している。外側電極管31の周囲は冷却水によって満たされており、各オゾン発生ユニット30は冷却水によって冷却される。外側電極管31の内側に、同心円状に放電管32が配置されている。
【0041】
(放電管の構成)
放電管32は、誘電体管33や電極膜34、給電子40などで構成されている。
【0042】
(誘電体管)
誘電体管33は、一方の端部は塞がれていて、他方の端部に開口33aを有する円筒状の部材であり、例えばガラスなどで形成されている。誘電体管33の一般的な寸法としては、全長は長くて2m、外径は10mm〜30mm程度、肉厚は1mm〜3mm程度である。
【0043】
すなわち、誘電体管33は、その全長に対して開口33aが極めて小さい細長い棒形状である。
【0044】
誘電体管33の外周面は、僅かな隙間(放電ギャップ36)を隔てて外側電極管31の内周面と対向している。外側電極管31と放電管32の電極膜34との間に高電圧が印加されると、放電ギャップ36で無声放電が発生する。
【0045】
誘電体管33の塞がれた端部は、オゾン室20に位置し、開口33aが有る誘電体管33の端部は、原料ガス室18に位置している。無声放電が発生している放電ギャップ36に、原料ガス室18から原料ガスが流入することによってオゾンが発生する。発生したオゾンは、オゾン室20に流出し、オゾン配管15を通じて供給先に送り出される。
【0046】
(電極膜)
電極膜34は、ステンレスのバネ鋼板等の高い弾性を有する金属素材からなる。電極膜34は、厚みの薄い円筒状に形成されていて、誘電体管33の内周面に密接して設置されている。
【0047】
すなわち、このオゾン発生装置1で用いられる電極膜34は、誘電体管33の内面にメタライズされたものとは異なり、誘電体管33とは別に形成されている。そのため、電極34は、誘電体管33に着脱可能である。従って、このオゾン発生装置1では、電極膜34だけを放電管32から取り外して交換することができる。
【0048】
詳しくは、電極膜34は、帯状の導体(帯状導体35)を用いて形成されている。帯状導体35は、誘電体管33の長手方向に位置ずれしながら、誘電体管33のほぼ全長にわたる範囲に螺旋状に配置されている。そうして、帯状導体35が、それ自体の弾性力によって径方向に拡がり、誘電体管33の内周面に密接することにより、電極膜34が形成されている。
【0049】
隣り合う帯状導体35の両縁部35a,35aは、互いに重なっているのが好ましいが、隙間なく接していてもよいし、隙間が多少空いていてもよい。すなわち、帯状導体35は、その幅寸法のピッチより小さいピッチで誘電体管33の長手方向に位置ずれしながら螺旋状に配置するのが好ましい。
【0050】
このように、帯状導体35を用いて電極膜34を形成することにより、細長い誘電体管33であっても、その内部に円筒状の電極膜34を容易に設置することができる。
【0051】
具体的には、
図5の(a)に示すように、帯状導体35は、ロール形態で用いることができる。そのため、帯状導体35の供給が容易になるし、電極膜34の誘電体管33への設置作業が容易になり、量産性に優れる。
【0052】
ロールから帯状導体35を引き出してガイド棒Gに螺旋状に巻き付ける。ガイド棒Gは、誘電体管33に電極膜34を設置する際に用いられる補助部材である。ガイド棒Gは、誘電体管33の内径よりも小さい外径を有し、誘電体管33と同等以上の長さを有している。
【0053】
帯状導体35の巻始め側の端部は、ガイド棒Gの先端部分に仮止めされる。その仮止めは、帯状導体35を重ねて巻き付けることによって行ってもよいし、帯状導体35の仮止めが可能な仮止め部をガイド棒Gに設けてもよい。
【0054】
仮止め部の具体例としては、例えば、ガイド棒Gの先端部にスリットを設けて、そのスリットに帯状導体35を引っ掛けることや、ガイド棒Gの先端部に開閉制御可能な挟持手段を設けて、その挟持手段で帯状導体35を挟み込むことなどが挙げられる。
【0055】
巻始め側の端部を仮止めさえすれば、その後は、ガイド棒Gに螺旋状に巻き付けるだけで、帯状導体35をガイド棒Gに密着して巻き付けることができる。そして、所定の長さまでガイド棒Gに帯状導体35を巻き付けると、帯状導体35を切断し、
図5の(b)に示すように、クリップC等を用いて帯状導体35の巻終わり側の端部をガイド棒Gに仮止めする。
【0056】
帯状導体35が螺旋状に巻き付けられたガイド棒Gは、
図6の(a)に示すように、その先端側から誘電体管33に挿入される。そうして、所定位置まで挿入した後、帯状導体35の両端部の拘束を解きながらガイド棒Gを適宜回転させる。
【0057】
そうすることにより、
図6の(b)に示すように、帯状導体35は、それ自体の弾性力によって拡がり、ガイド棒Gから分離して誘電体管33の内周面に密接する。後は、ガイド棒Gを誘電体管33から引き抜けばよい。
【0058】
なお、ガイド棒Gは必須ではない。帯状導体35だけをスパイラル状に巻いて誘電体管33に挿入してもよい。
【0059】
電極膜34は、その一部(露出端部34aともいう)を開口33aからはみ出た状態で誘電体管33に設置される。なお、露出端部34aの縁の部分は、不揃いのままでもよいし、帯状導体35の重なり具合を調整したり切断することによって揃えてよい。
【0060】
このオゾン発生装置1では、その露出端部34aを利用して、電極膜34に安定して給電できるように給電子40が構成されている。
【0061】
(給電子)
給電子40は、外部電源37の高電圧側に接続されて電極膜34に給電するものであり、
図4、
図7に示すように、内側クリップ41や外側クリップ42などで構成されている。
【0062】
内側クリップ41及び外側クリップ42は、いずれも金属プレス加工、マルチフォーミング、加工冶具などにより形成され、弾性及び電気伝導性に優れている。
【0063】
外側クリップ42は、軸方向に一部が分断された円筒状の部材であり、C字状断面を有している。外側クリップ42の内径は、外力が作用しない無負荷の状態では、誘電体管33の内径よりも小さく形成されている。ここで、露出端部34aの軸方向の長さL2は、0より大きい即ち開口33aから露出していれば問題ないが、外側クリップ42の軸方向の長さL1よりも大きい(L2≧L1)ことが好ましく、L2≧2L1であることがさらに好ましい。
【0064】
内側クリップ41も、外側クリップ42と同様に、C字状断面を有する円筒状の部材である。内側クリップ41の外径は、無負荷の状態では、誘電体管33の内径よりも大きく形成されている。内側クリップ41の軸方向の長さL3は、少なくとも内側クリップ41の軸方向の長さL1よりも大きく形成されている。
【0065】
外側クリップ42は、外力を加えて拡径し、内側クリップ41が挿入されている露出端部34aの外側に嵌め合わされれる。そうして外力を取り去ると外側クリップ42が縮まるため、露出端部34aに外側から圧接した状態で外側クリップ42が電極膜34の外側に設置される。
【0066】
内側クリップ41は、外力を加えて縮径し、先端が誘電体管33の内部に位置するまで電極膜34の内側に挿入される。そうして、外力を取り去ると内側クリップ41が拡がるため、電極膜34に内側から圧接した状態で内側クリップ41が電極膜34の内側に設置される。
【0067】
その結果、露出端部34aは、内側クリップ41と外側クリップ42とによって挟み込まれ、内外から圧接された状態となっている。
【0068】
このように、誘電体管33の開口33aからはみ出た電極膜34の露出端部34aが、内側クリップ41と外側クリップ42とで挟み込まれることによって給電子40と直接的かつ均一に接触している。そのため、電極膜34に安定して給電することができる。
【0069】
(オゾン発生効率)
このような螺旋状に形成された電極膜34を用いることにより、オゾン発生効率も向上させることができる。
【0070】
すなわち、本出願人は、本発明に先だって、誘電体管に、外部電源に接続されたステンレス等からなる端子棒(給電子に相当)と、一端がこの端子棒に接合された電極膜とで構成された放電管を提案している(特願2012−253606)。
【0071】
具体的には、端子棒は、誘電体管と同等の長さを有し、そこでの電極膜を構成する金属導体は、長辺が端子棒と同等の長さを有する長方形に形成されている。その金属導体の一方の長辺は、端子棒に接合されていて、金属導体の他方の長辺側の部分が誘電体管の内部で拡がることによって誘電体管の内周面に密着し、円筒状の電極膜が形成されている。
【0072】
本実施形態の放電管32は、この放電管と比べた場合に、そのメカニズムは不明であるが、オゾン発生効率が約5%向上するということが確認されている。従って、本実施形態のオゾン発生装置によれば、オゾン発生効率も向上できる。
【0073】
端子棒も不要になるため、部材コストの削減や、軽量化が図れるという利点もある。特に、放電管が多数設置される大型のオゾン発生装置で有利である。
【0074】
(給電子間の接続)
図8に簡略化して示すように、各放電管32の給電子40は、互いに電気的に接続される。なお、
図8では、各給電子40が直列に接続、つまり、1つの給電子40が隣接する1つ又は2つの給電子40と接続されているが、給電子40間の接続パターンは、仕様に応じて適宜設定される。
【0075】
また、互いに接続された一群の給電子40の複数カ所に、リード線44と電気的に接続された接続端子43が設けられている。リード線44は図外にて外部電源37と電気的に接続されている。これら接続端子43及びリード線44を介して外部電源37から一群の給電子40に給電が行われる。
【0076】
これら一群の給電子40の接続は、隣接する給電子40の間の隙間が小さいうえに、給電子40の数が多い場合には、工数が非常に多く、負担の大きな作業となる。
【0077】
そこで、本実施形態のオゾン発生装置1では、これら給電子40の接続が容易にできるように、内側クリップ41及び外側クリップ42の形状が工夫されている。
【0078】
(給電子の具体的構成)
まず、
図4に示すように、誘電体管33の開口33aから突き出す内側クリップ41の長さL4が、外側クリップ42の軸方向の長さL1の2倍以上となるように、内側クリップ41が設置されている。2倍以上とするのは、内側クリップ41に外側クリップ42を少なくとも2つ以上重ねられるようにするためである。
【0079】
図9に示すように、外側クリップ42は、一度に2つの露出端部34aを挟み込めるように、2つ連結して一体に形成されている(外側クリップ対42Pともいう)。連なる2つの外側クリップ42,42の間には、屈曲した屈曲部45が設けられている。2つの外側クリップ42,42の間の寸法は、隣り合って位置する給電子40の間のピッチに合わせて設定されている。屈曲部45が弾性変形するため、多少ピッチがずれても対応できるようになっている。
【0080】
リード線44を接続するために、内側クリップ41の一部は、
図10に示すように、内側クリップ41に直接接続端子43が設けられた接続端子付き内側クリップ52となっている。
【0081】
内側クリップ41の一部を接続端子付き内側クリップ52とすることで、所望する箇所に所望する数だけ、接続端子43を簡単に設けることができる。
【0082】
図11に、これら外側クリップ対42Pを用いて互いに接続されている給電子40を示す。外側クリップ対42Pは、互いに隣接する2つの露出端部34a,34aの部分に嵌め込まれ、それにより、2つの給電子40,40が電気的に接続された給電子対が形成される。更に、この給電子対に隣接する2つの露出端部34a,34aの部分に、別の外側クリップ対42Pが嵌め込まれ、更に給電子対が形成される。
【0083】
そうして、形成された2つの給電子対のうち、互いに隣接している2つの給電子40,40に対し、外側クリップ対42Pを誘電体管33の長手方向に重ねるようにして、これら2つの内側クリップ41,41の部分を挟み込む。このように、各給電子40の露出端部34a及び内側クリップ41の部分に対して、外側クリップ対42Pを互い違いに嵌め込むことにより、多数の給電子40の接続を簡単に行うことができる。
【0084】
<変形例>
図12〜
図14に、変形例のオゾン発生装置を示す。本変形例のオゾン発生装置や放電管の基本的な構成は実施形態と同様であるため、同じ機能の構成には同じ符号を用いてその説明は省略する。
【0085】
本変形例のオゾン発生装置1では、外側クリップ42単独で用いられ、給電子40に、別途、
図12や
図13に示すような、架設クリップ50や接続端子付き架設クリップ51が備えられている。
【0086】
架設クリップ50は、互いに対向して延びる一対の差込脚部50aと、これら差込脚部50aの一端に架け渡される架設部50bとを有している。架設部50bの中間部には、弾性変形可能な屈曲部50cが形成されている。差込脚部50a,50a間の寸法は、隣り合って位置する給電子40の間のピッチに合わせて設定されている。詳しくは、差込脚部50a,50a間の大きさは、隣り合って位置する給電子40の間のピッチよりも僅かに小さく形成されている。
【0087】
各差込脚部50aは、誘電体管33に設置された内側クリップ41の内周面及びオゾン発生ユニット30の形状に合わせて、断面劣弧状に形成されている。
【0088】
外力を加えて差込脚部50a,50a間を拡げ、各差込脚部50aを互いに隣接する2つの内側クリップ41,41に差し込むことにより、架設クリップ50は、これら2つの内側クリップ41,41に架設される。そうすることにより、各差込脚部50aが各内側クリップ41の内面に圧着し、両内側クリップ41,41は互いに電気的に接続される。屈曲部50cが弾性変形するため、内側クリップ41,41間に多少のピッチのずれがあっても問題にならない。
【0089】
図13は、接続端子付き架設クリップ51である。接続端子付き架設クリップ51では、架設部50bにリード線44の接続が可能な接続端子43が一体に設けられている。
【0090】
図14に、これら架設クリップ50及び接続端子付き架設クリップ51を用いて互いに接続されている給電子40を示す。架設クリップ50及び接続端子付き架橋クリップ51による接続は、互いに隣接する2つの内側クリップ41,41に、誘電体管33の開口33aが臨む方向から架設クリップ50及び接続端子付き架橋クリップ51を差し込むだけでよいため、作業性に優れる。
【0091】
架設クリップ50の一部を、接続端子付き架設クリップ51とするだけで、接続端子43も簡単に設けることができる。
【0092】
さらに、
図15の(a)に示すように、外側クリップ42は、3個以上連結していてもよい。また、
図15の(b)に示すように、架橋クリップ50も2個以上連結していてもよい。連結数が多いと、作業性や電気抵抗の面で利点がある。特に、これらを10個や20個等、多数連なった形態としてもよい。そうすれば、外側クリップ42等が1個必要であれば1個切り取って使用できるし、2個必要であれば2個切り取って使用できる。必要に応じて必要な分だけ分断して使用できるため、汎用性に優れる。
【0093】
変形例のオゾン発生装置1において、接続端子付き架設クリップ51に代えて、第1実施形態のように一部の内側クリップ41を
図10に示す接続端子付き内側クリップ52としてもよい。