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  • 特開-オゾン発生用放電管 図1
  • 特開-オゾン発生用放電管 図2
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025012151
(43)【公開日】2025-01-24
(54)【発明の名称】オゾン発生用放電管
(51)【国際特許分類】
   C01B 13/11 20060101AFI20250117BHJP
【FI】
C01B13/11 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023114755
(22)【出願日】2023-07-12
(71)【出願人】
【識別番号】504077308
【氏名又は名称】安斎 聡
(74)【代理人】
【識別番号】110002217
【氏名又は名称】弁理士法人矢野内外国特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】安斎 聡
【テーマコード(参考)】
4G042
【Fターム(参考)】
4G042CA01
4G042CC03
4G042CC13
4G042CC23
(57)【要約】
【課題】石英三重管構造のオゾン発生用放電管において、三重管の一部が破損した場合であっても、部品の置換が可能となり、メンテナンスが容易となるオゾン発生用放電管を提供する。
【解決手段】オゾン発生用放電管1は、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のオゾン発生用放電管1であって、軸心を共通として配置された内側石英管2、中央石英管3、及び外側管4を少なくとも有し、中央石英管3と外側管4との間隙に外側冷却水通路22を設け、中央石英管3と内側石英管2との間隙に、オゾン発生用気体通路25を設け、内側石英管2の内部空間2b内に、内側冷却水通路21を設け、内側石英管2、中央石英管3、及び外側管4の両端部を固定するキャップ部材5を設け、内側石英管2の内部空間2b内に、軸心を共通として配置されたシャフト部材6を設け、シャフト部材6の両端に、キャップ部材5を固定する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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のオゾン発生用放電管であって、
軸心を共通として配置された内側石英管、中央石英管、及び外側管を少なくとも有し、
前記中央石英管と前記外側管との間隙に外側冷却水通路を設け、前記中央石英管と前記内側石英管との間隙に、オゾン発生用気体通路を設け、前記内側石英管の内部空間に、内側冷却水通路を設け、
前記内側石英管、中央石英管、及び外側管の両端部を固定するキャップ部材を設け、
前記内側石英管の内部空間に、軸心を共通として配置されたシャフト部材を設け、
前記シャフト部材の両端に、前記キャップ部材を固定する
ことを特徴とする、オゾン発生用放電管。
【請求項2】
前記シャフト部材の内部に、内部冷却水通路が設けられる、
ことを特徴とする請求項1に記載のオゾン発生用放電管。
【請求項3】
前記シャフト部材は、通電性及び耐腐食性を備えた素材で形成され、その側面に前記内部冷却水通路と連通する冷却水通水孔が設けられる、
ことを特徴とする請求項2に記載のオゾン発生用放電管。
【請求項4】
前記キャップ部材は、絶縁性及び耐腐食性を備えた部材で形成される、
ことを特徴とする請求項3に記載のオゾン発生用放電管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、オゾン発生用放電管の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、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の技術が開発されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
従来の石英三重管構造の放電管において、冷却は内側及び外側ともに水冷式とすることを特徴とする。特に高電圧側の冷却水は絶縁性の配管を通じて供給、排出することを特徴としている。すなわち、外側管と中央石英管の間の間隙に冷却水を流通させ、且つ内側石英管の内部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、内側石英管と中央石英管との間の間隙に交流高電界を形成し、無声放電を発生させることによってオゾンを発生させるものである(例えば特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開第2009-91209号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の石英三重管構造においては、外側管の内部に中央石英管を貫通させて、中央石英管の内部に内側石英管を貫通させて、三重管を形成する。この際、石英管同士は両端部において溶接される。
【0006】
石英管は、硬いが壊れやすい硬脆材料で形成されているため、加工が困難であり、また、メンテナンス時に破損する可能性がある。また、石英管同士が両端部において溶接されているため、例えば、外側管が破損した場合であっても、石英三重管全体が使用できなくなっていた。
【0007】
そこで、本発明はかかる課題に鑑み、石英三重管構造のオゾン発生用放電管において、三重管の一部が破損した場合であっても、部品の置換が可能となり、メンテナンスが容易となるオゾン発生用放電管を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【0009】
即ち、本発明においては、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のオゾン発生用放電管であって、
軸心を共通として配置された内側石英管、中央石英管、及び外側管を少なくとも有し、
前記中央石英管と前記外側管との間隙に外側冷却水通路を設け、前記中央石英管と前記内側石英管との間隙に、オゾン発生用気体通路を設け、前記内側石英管の内部空間に、内側冷却水通路を設け、
前記内側石英管、中央石英管、及び外側管の両端部を固定するキャップ部材を設け、
前記内側石英管の内部空間に、軸心を共通として配置されたシャフト部材を設け、
前記シャフト部材の両端に、前記キャップ部材を固定するものである。
【0010】
また、本発明においては、前記シャフト部材の内部に、内部冷却水通路が設けられるものであってもよい。
【0011】
また、本発明においては、前記シャフト部材は、通電性及び耐腐食性を備えた素材で形成され、その側面に前記内部冷却水通路と連通する冷却水通水孔が設けられるものであってもよい。
【0012】
また、本発明においては、前記キャップ部材は、絶縁性及び耐腐食性を備えた部材で形成されるものであってもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【0014】
本発明においては、三重管を形成する管のうち一つの管に破損が生じた場合であっても破損した管の交換のみでオゾン発生用放電管を修理することができるので、コストを低減することができる。また、
【図面の簡単な説明】
【0015】
図1】第一の実施形態に係るオゾン発生用放電管を示す正面断面図。
図2】第一の実施形態に係るシャフト部材及び内側石英管を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0016】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の一実施形態にかかる石英三重管構造のオゾン発生用放電管1の全体構成について図1を用いて説明する。
オゾン発生用放電管1は、両面水冷の石英型放電管であり、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る。石英型放電管に用いられる石英は、耐熱性・透明度に優れ、使用温度が高温であっても耐性に優れている。オゾン発生用放電管1で行われるオゾン放電は、オゾン発生用放電管1の内部に酸素を含んだ気体を導入して、電極に電圧を加えることで無声放電を発生させて、酸素に活性化エネルギーを付与してオゾンを生成するものである。無声放電によるオゾン発生を効率的に行うには、放電管の効率的な冷却が重要となる。そこで、本実施形態における放電管は、無声放電が行われる管の内側及び外側に冷却水を流す三重管構造とすることで、放電管の効率的な冷却を行うものである。
【0017】
また、冷却水自体に導電性を持たせることで、冷却水の役割と電極の役割を兼ねる流体を導入することが可能となった。これにより、電極自体の冷却が効率的に行われることとなる。すなわち外側冷却水通路22内に、電極となるワイヤー(外電極ワイヤー31)を配置し、内側冷却水通路21に電極となるシャフト部材6を配置することで、流体内に電圧を印加して電極の役割を果たす構成としている。
【0018】
以下において、本実施形態に係るオゾン発生用放電管1の構成を、図1を用いて説明する。図1は、オゾン発生用放電管1の断面図であり、紙面手前方向を前面とし、紙面奥方向を後面とする。また、紙面左右方向を左右方向とし、紙面上下方向を上下方向とするものである。
【0019】
オゾン発生用放電管1は、軸心を共通として配置された内側石英管2、中央石英管3、及び外側管4を有する。
内側石英管2は、細筒であり、その長さは、中央石英管3及び外側管4よりも長く構成されている。内側石英管2は、その端部2aが開放されておりキャップ部材5によって遮蔽している。
【0020】
中央石英管3は、内側石英管2よりも大きな内径を有する筒であり、その長さは、外側管4よりも長く構成されている。
中央石英管3は、その端部3aが開放されており、キャップ部材5に設けられたガス入口11、ガス出口12と連結されている。
【0021】
外側管4は、中央石英管3よりも大きな内径を有する筒であり、その長さは最も短くなるように構成されている。また、本実施形態においては、外側管4は、内側石英管2及び中央石英管3と同様に石英で形成されている。
【0022】
なお、外側管4は、石英で形成されるものに限定されず、例えば、ホウケイ酸ガラスのような透明性及び耐熱性を有する素材で形成することも可能である。ホウケイ酸ガラスを選択した場合、透明性を有することで内部視認性を確保することができる。
また、例えば外側管4を金属のような脆性のない材料で形成することも可能である。この場合、外側管4は金属パイプであり、内部視認性は無くなるが、耐脆性に優れる。
外側管4は、その端部4aが開放されており、キャップ部材5に設けられた外側冷却水の冷却水入口14、冷却水出口15と連結されている。
【0023】
また、内側石英管2の内部空間2bには、軸心を共通として配置されたシャフト部材6が設けられている。シャフト部材6は、通電性、耐腐食性、耐熱性、耐摩耗性に優れた金属素材で設けられている。例えば、シャフト部材6は、ステンレスで形成されている。シャフト部材6は、キャップ部材5を貫通して上下端に突出しており、継手部材7を取り付けて固定する。これにより、キャップ部材5によって両端部から内側石英管2、中央石英管3、及び外側管4を挟持している。
【0024】
キャップ部材5は、内側石英管2、中央石英管3、及び外側管4の端部を被覆する部材であり、鉄を含む合金で形成されている。本実施形態においては、キャップ部材5はFEPTで構成されている。FEPTは鉄及び白金を含む合金であり、絶縁性を有する。キャップ部材5には、シャフト部材6を貫通させるためのシャフト貫通孔5aが中央部に設けられている。また、下側のキャップ部材の下面には、中央電極となるシャフト部材6へ通電するための中央電極ワイヤー16が連結されている。中央電極ワイヤー16に電圧が印加されると、絶縁性を有するキャップ部材5には通電はされず、接触しているシャフト部材6に通電される。
【0025】
なお、キャップ部材5は、絶縁性および耐腐食性を有する部材で形成されていれば本実施形態に限定されるものではなく、例えば、他の素材としてエンジニアリングセラミックを採用してもよい。
【0026】
次に、オゾン発生用放電管1の冷却水通路21、22の構成について図1を用いて説明する。
本実施形態において、冷却水通路21、22は、内側からオゾン発生用気体通路25を冷却する内側冷却水通路21と、外側からオゾン発生用気体通路25を冷却する外側冷却水通路22と、で構成されている。
内側冷却水通路21は、内側石英管2の内部に設けられている。本実施形態においては、内側冷却水通路21は、内側石英管2の内部に配置されたシャフト部材6に設けられている。
【0027】
シャフト部材6の中心部には、内部冷却水通路6aが設けられる。内部冷却水通路6aは、シャフト部材6の上下端部から中途部まで設けられている。シャフト部材6の側面には、内側冷却水通路21と連通する冷却水通水孔6bが設けられる。冷却水通水孔6bは、1~10mm程度の孔であり、冷却水を内部冷却水通路6aから外部に流出させ、また外部から冷却水を内部冷却水通路6aに流入させるための孔である。冷却水通水孔6bは、上下の内部冷却水通路6aに対応してそれぞれ一つずつ設けられている。
【0028】
シャフト部材6の上端部から内部冷却水通路6aに供給された冷却水は、冷却水通水孔6bを通って、内側石英管2の内部空間2bに充填される。これにより、内側石英管2の外側のオゾン発生用気体通路25が冷却水によって内側から冷却される。
【0029】
また、内側石英管2の内部空間2bの冷却水は、冷却水通水孔6bを通って、内部冷却水通路6aからシャフト部材6の下端部に排出される。これにより、冷却水によって中央電極であるシャフト部材6を内部から冷却しつつオゾン発生用放電管1全体を冷却することができる。
【0030】
また、外側冷却水通路22は、外側管4の内面と、中央石英管3の外面との間に設けられている。外側冷却水通路22の端部には、キャップ部材5に設けられた冷却水入口14及び冷却水出口15が連結されている。冷却水は、冷却水入口14から導入され、外側冷却水通路22内に充填される。これにより、中央石英管3の内側のオゾン発生用気体通路25が冷却水によって外側から冷却される。中央石英管3と外側管との間隙に外側冷却水通路21を設ける。
【0031】
このように、外側冷却水通路22と内側冷却水通路21とに冷却水を供給して冷却することで、中央石英管3と内側石英管2との間隙に設けられたオゾン発生用気体通路25が冷却される。
【0032】
次に、オゾン発生用放電管1を用いたオゾンの発生方法について説明する。
冷却水入口14から冷却水を、外側管4と中央石英管3との間隙に設けられた外側冷却水通路22に導入する。また、外側冷却水通路22を通った冷却水は冷却水出口15から排出される。
また、内側石英管2の内部に冷却水を導入する。本実施形態においては、中央石英管3の内部に設けられたシャフト部材6に冷却水を導入する。より詳細には、シャフト部材6の上端から内部に設けた内部冷却水通路6aに冷却水を導入する。内部冷却水通路6aに導入された冷却水は、上側の冷却水通水孔6bを通じて内側石英管2の内部空間2bに導入される。また、内部空間2bにおいて冷却を終えた冷却水は、下側の冷却水通水孔6bを通って内部冷却水通路6aからシャフト部材6の下端部に排出される。シャフト部材67の下端部には継手部材7によって連結された図示せぬ配管が連結されており、前記配管を通って冷却水は外部に排出される。
【0033】
次に、オゾン発生用気体を導入するガス入口11からオゾン発生用気体を中央石英管3と内側石英管2との間隙に設けられたオゾン発生用気体通路25に導入する。ここでオゾン発生用気体は、酸素を含む気体もしくは酸素である。
また、交流高電圧電源を起動することにより、シャフト部材6内の冷却水に通電することで中央電極の役割を果たす。一方、外側管4と中央石英管3との間の外側冷却水通路22に外電極ワイヤー31が配置される。交流高電圧電源を起動することにより外電極ワイヤーに通電されることで、外側冷却水通路22が外側電極の役割を果たす。これにより、オゾン発生用気体通路25の間のオゾン発生用気体中に放電を生ぜしめ、オゾンを発生させ、ガス出口12よりオゾン含有気体を外部に取り出す。
【0034】
次に、石英三重管の組み立て方法について説明する。
まず、内側石英管2、中央石英管3、及び外側管4を同軸上に重ねる。このように構成することにより、内側石英管2、中央石英管3、及び外側管4の順番に同軸上に配置される。次に、内側石英管2の内部にシャフト部材6を挿入する。シャフト部材6は内側石英管2と同軸上になるように配置される。
【0035】
次に、三重管の両端からキャップ部材5を嵌める。キャップ部材5は、それぞれ、内側石英管2の端部2a、中間石英管3の端部3a、及び外側管4の端部4aを被覆せしめるように嵌設する。キャップ部材5の中心部には、シャフト貫通孔5aが設けられており、シャフト部材6の両端は、シャフト貫通孔5aからキャップ部材5外側に突出する。
【0036】
このように、三重管の両端にキャップ部材5を嵌めた状態でシャフト部材6の両端から継手部材7を取り付ける。継手部材7は、さらに外部の給水管及び排水管に連結するための部材であり、食い込み継手によって形成される。食い込み継手は、管を食い込ませることで接続を行う継手であり、接続部分が強固であるため、高圧力や高温度に耐えることができる。
【0037】
また、継手部材7によってシャフト部材6を締め込んだことによって、キャップ部材5とキャップ部材5に嵌合された三重管の端部とが密接する。さらに、内側石英管2、中央石英管3、外側管4の外面に設けられたシール部材41によって、気体及び液体の漏れを防止し、密閉することができる。
【0038】
このように構成することにより、継手部材7を取り外し、キャップ部材5を取り外すことで、内側石英管2、中央石英管3、外側管4の何れかのみを交換することができる。例えば、使用時に、外側管4が破損した場合には、継手部材7を取り外し、キャップ部材5を取り外し、外側管4を交換することで、再び使用可能となる。このように、石英管自体のメンテナンスが容易となり、また、修繕のためのコストが低減される。
【0039】
以上のように、オゾン発生用放電管1は、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のオゾン発生用放電管1であって、軸心を共通として配置された内側石英管2、中央石英管3、及び外側管4を少なくとも有し、中央石英管3と外側管4との間隙に外側冷却水通路22を設け、中央石英管3と内側石英管2との間隙に、オゾン発生用気体通路25を設け、内側石英管2の内部空間2b内に、内側冷却水通路21を設け、内側石英管2、中央石英管3、及び外側管4の両端部を固定するキャップ部材5を設け、内側石英管2の内部空間2b内に、軸心を共通として配置されたシャフト部材6を設け、シャフト部材6の両端に、キャップ部材5を固定するものである。
【0040】
このように構成することにより、継手部材7を取り外し、キャップ部材5を取り外すことで、内側石英管2、中央石英管3、外側管4の何れかのみを交換することができる。
【0041】
また、オゾン発生用放電管1は、シャフト部材6の内部に、内部冷却水通路6aを設けたことが好ましい。
このように構成することにより、シャフト部材6の内部に冷却水を流して内側冷却水通路21へ冷却水を供給しやすくする。また、シャフト部材6の内部の冷却水も併せて中央電極として用いることができる。
【0042】
また、シャフト部材6は、ステンレスで形成され、その側面に冷却水通水孔6bが設けられることが好ましい。
このように構成することにより、シャフト部材6の内部の冷却水も併せて中央電極として用いることができる。また、耐腐食性を有することにより、オゾンの酸化作用による劣化を防止することができる。
【0043】
また、キャップ部材5は、絶縁性及び耐腐食性を備えた部材で形成されるものであることが好ましい。
このように構成することにより、絶縁性および耐腐食性を有することにより、オゾンの酸化作用による劣化を防止することができる。また、絶縁性を有する素材で形成することにより、短絡による放電を回避することができる。
【0044】
1 オゾン発生用放電管
2 内側石英管
3 中央石英管
4 外側管
5 キャップ部材
6 シャフト部材
6a 内部冷却水通路
7 継手部材
11 ガス入口
12 ガス出口
14 冷却水入口
15 冷却水出口
21 内側冷却水通路
22 外側冷却水通路
25 オゾン発生用気体通路
図1
図2