JP2004323280A

JP2004323280A - オゾン発生装置、その製造方法、及びその製造装置

Info

Publication number: JP2004323280A
Application number: JP2003118777A
Authority: JP
Inventors: Jiro Kitayama; 二朗北山; Shinji Nakajima; 伸治中島; Noboru Wada; 昇和田; Hiroyuki Kukihara; 弘行荊原; Masafumi Yoshikawa; 雅文吉川; Tokumitsu Ezaki; 徳光江崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: JP4162084B2

Abstract

【課題】寸法精度を向上することができ、かつ製造コストの増大を防止することができるオゾン発生装置、その製造方法、及びその製造装置を得ることを目的とする。
【解決手段】ガラス管１の内面には、カーボン粉末を主成分として含む導電部２が付着されている。高電圧電極３は、ガラス管１と導電部２とを有している。導電部２は、カーボン粉末を含む混合液をガラス管１の内面に向けて噴霧し、付着した混合液を乾燥することにより、作製される。ガラス管１の外面には、空隙部５を介して接地電極４が対向している。空隙部５には、酸素を含む原料ガスが供給される。空隙部５内での放電により、原料ガス中にオゾンが生成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、酸素を含む原料ガス中での放電によりオゾンを生成するオゾン発生装置、その製造方法及びその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のオゾン発生装置（オゾナイザ）の中には、管状の接地電極内にガラス管が配置された構造のものがある。この従来のオゾン発生装置では、ガラス管の外面が接地電極の内面と空隙部を介して対向している。ガラス管の内面には、アルミニウムが溶射されて成膜された導電膜が設けられている。空隙部には酸素を含む原料ガスが供給され、空隙部での放電により、原料ガス中にオゾンが生成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２５０１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のオゾン発生装置を製造する際には、ガラス管の内面への成膜のために、直径３０ｍｍ程度の溶射ノズルをガラス管の内側に挿入する必要がある。従って、ガラス管の外径は５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度になってしまう。
市販のガラス管をオゾン発生装置の製造に用いた場合、ガラス管の外径寸法の精度はガラス管の外径が小さくなるほど高くなるので、５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度の大外径のガラス管の外径寸法の精度では、空隙部の厚さを高精度で仕上げることが難しくなってしまう。
また、このような大外径のガラス管の外径寸法の精度を向上させるためには、市販のガラス管を再加工しなければならず、これによりオゾン発生装置の製造コストも高くなってしまう。
【０００５】
そこでこの発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするもので、寸法精度を向上させることができ、かつ製造コストの増大を防止することができるオゾン発生装置、その製造方法、及びその製造装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るオゾン発生装置は、第１面及び第２面を有する誘電体と、第１面に付着され、導電性粉末を主成分として含む導電部とを有する第１電極、及び第２面に空隙部を介して対向する第２電極を備え、第１電極と第２電極との間の放電により、空隙部内の原料ガス中にオゾンを発生させる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるオゾン発生装置を示す側断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図において、断面円形の誘電体管であるガラス管１の内面（第１面）には、導電性膜である導電部２が付着されている。ここでは、導電部２の長手方向の長さは１ｍであり、導電部２の厚さは２μｍ〜３μｍである。また、ガラス管１の材料は、硼珪酸ガラスである。なお、第１電極である高電圧電極３は、ガラス管１と導電部２とを有している。
【０００８】
ガラス管１の外面（第２面）には、第２電極である接地電極４が空隙部５を介して対向している。空隙部５の厚さは１ｍｍ以下にされている。空隙部５には、オゾン生成のための酸素を含む原料ガスが供給される。接地電極４及び導電部２には、交流電圧を発生する電源６が電気的に接続されている。電源６による交流電圧が接地電極４と導電部２との間に印加されることにより、高電圧電極３と接地電極４との間で放電（無声放電）され、原料ガス中にオゾンが生成される。
【０００９】
導電部２には、導電体粉末であるカーボン粉末（図示せず）が主成分として含まれている。カーボン粉末は、樹脂であるバインダ（図示せず）によりガラス管１の内面に付着されている。
【００１０】
接地電極４は、ガラス管１の外径よりも大きな内径を有する断面円形の金属管である。ガラス管１は、管状の接地電極４の内側に配置されている。接地電極４は、耐腐食性の高いステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４あるいはＳＵＳ３１６）により作製されている。接地電極４の外面側には、高電圧電極３と接地電極４との間の放電によって発生する熱を除去する冷却水が流される。
【００１１】
なお、ガラス管１の端部には、原料ガスのガラス管１内部への流入を阻止するための樹脂製の閉塞キャップ７が配置されている。また、接地電極４は、間隔を置いて複数並べられ、各接地電極４の内側に高電圧電極３がそれぞれ配置されている。
【００１２】
次に、動作について説明する。
まず、空隙部５に原料ガスを供給する。この後、電源６の交流電圧の印加により高電圧電極３と接地電極４との間で放電させる。この放電により、空隙部５内の原料ガス中にオゾンが生成される。
【００１３】
ここで、空隙部５には、高電圧電極３と接地電極４との間の放電により、導電部２を劣化させる虞のある紫外線が発生する。発生する紫外線中では、２５０ｎｍ以下の波長スペクトルを有する紫外線の強度が高くなっている。
【００１４】
図３は、ＳｉＣｌ_４を酸水素炎で溶融した石英ガラスの光透過率、及び硼珪酸ガラスの光透過率のそれぞれの波長依存性を示すグラフである。図に示すように、硼珪酸ガラスは２５０ｎｍ以下の波長スペクトルを有する紫外線をほぼ完全に遮断するが、石英ガラスは２５０ｎｍ以下の波長スペクトルを有する紫外線をかなりの割合で透過してしまう。ガラス管１の材料が硼珪酸ガラスであることから、空隙部５内で発生した紫外線の大部分は、導電部２に至らずにガラス管１により遮断される。
【００１５】
次に、このような構成のオゾン発生装置の製造方法について説明する。
まず、カーボン粉末、バインダ（樹脂）及び有機溶剤（キシレンあるいはトルエン）を互いに混合して、カーボン粉末を含む混合液（以下、単に「混合液」という）を作る。このとき、混合液の粘度は、有機溶剤の量の増減により調整する。
【００１６】
この後、混合液を噴霧可能な混合液付着装置により、ガラス管１の内側からガラス管１の内面に向けて混合液を噴霧し、混合液をガラス管１の内面に付着させる。このとき、混合液がガラス管１の内面に均一に付着されるようにする（付着工程）。
【００１７】
図４は、図１のオゾン発生装置の製造方法の付着工程で用いられる混合液付着装置を示す説明図である。図において、ガラス管１は、その長手方向に沿った軸線が水平になるように、支持手段である一対の支持台８に支持されている。ガラス管１は、一対の支持台８によって安定して動かないようになっている。
【００１８】
混合液付着装置１４は、マイクロノズル部９と、マイクロノズル部９へ混合液を供給する供給タンク１０とを有している。マイクロノズル部９は、混合液噴霧用の複数の噴霧孔１２が形成された管状のノズル本体１１を有している。ノズル本体１１の外径はガラス管１の内径よりも小さくなっており、マイクロノズル部９はガラス管１の内側で混合液を噴霧可能になっている。
【００１９】
マイクロノズル部９は、ガラス管１と同軸に配置されている。また、マイクロノズル部９は、移動装置１３に支持されている。マイクロノズル部９は、移動装置１３によりガラス管１の軸線に沿った方向へ往復動可能になっている。さらに、複数の噴霧孔１２は、ノズル本体１１の周方向について間隔を置いて配置されている。混合液は、ガラス管１の内側の各噴霧孔１２から噴霧されることにより、ガラス管１の内面に付着される。
【００２０】
付着工程では、導電部２の厚さを均一にするために、マイクロノズル部９は、各噴霧孔１２から一定量の混合液を噴霧しながらガラス管１の軸線に沿って一定速度で移動される。
【００２１】
この後、ガラス管１の内面に付着された混合液を加熱し、混合液中の有機溶媒及びバインダの揮発成分を揮発（混合液を乾燥）させる。混合液の加熱は、内面に混合液を付着させたガラス管１を恒温炉内に送ってバッチ加熱することにより行う。このときの加熱温度の上限は、バインダの変質等を防止するために、１５０℃程度とする。この加熱により、混合液は、導電性を有する導電部２になる（加熱工程）。
このようにして、高電圧電極３を製造する（電極製造工程）。
【００２２】
この後、高電圧電極３を管状の接地電極４の内側に配置する。このとき、高電圧電極３と接地電極４との間に空隙部５が介在するようにする。この後、導電部２及び接地電極４に電源６を電気的に接続して、オゾン発生装置を製造する。
【００２３】
このような構成のオゾン発生装置では、ガラス管１の内面に付着された導電部２がカーボン粉末を主成分として含んでいるので、高温で溶融させることなくカーボン粉末をガラス管１の内面に付着させて導電部２を作製することができる。従って、カーボン粉末を含む混合液を噴霧してカーボン粉末をガラス管１の内面に付着させるようにすることにより、ガラス管１への熱影響を小さくすることができるとともに、溶射用ノズルよりも外径の小さい通常のノズルを用いることができる。このことから、ガラス管１の外径を小さくすることができ、市販のガラス管１をオゾン発生装置の製造に用いた場合、ガラス管１の外径の寸法精度を向上させることができる。また、ガラス管１の寸法精度の向上によりガラス管１を再加工する必要がなくなることから、オゾン発生装置の製造コストの増大を防止することができる。
【００２４】
また、ガラス管１の材料は硼珪酸ガラスであるので、空隙部５で発生する紫外線をガラス管１によってほぼ完全に遮断することができ、ガラス管１を導電部２の紫外線保護層とすることができる。これにより、導電部２の紫外線による劣化を抑制することができ、導電部２の長寿命化を図ることができる。また、高価な石英ガラスを用いなくてもよいので、オゾン発生装置の製造コストの増大を防止することもできる。
【００２５】
また、オゾン発生装置の製造方法は、カーボン粉末を含む混合液をガラス管１の内面に付着させる付着工程と、付着させた混合液を加熱して乾燥させる加熱工程を有しているので、混合液をガラス管１の内面に付着させるために、金属溶射用の特別なノズルではなく、常温での液体噴霧用の通常のノズルを用いることができる。従って、付着工程で用いられるノズルの外径を小さくすることができ、ガラス管１の外径を小さくすることができる。これにより、市販のガラス管１をオゾン発生装置の製造に用いた場合、ガラス管１の外径の寸法精度を向上させることができる。また、ガラス管１の寸法精度の向上によりガラス管１を再加工する必要がなくなることから、オゾン発生装置の製造コストの増大を防止することができる。
【００２６】
また、混合液付着装置１４は、混合液をガラス管１の内側で噴霧可能なマイクロノズル部９を有しているので、ガラス管１の外径を小さくすることができる。従って、市販のガラス管１をオゾン発生装置の製造に用いた場合、ガラス管１の外径の寸法精度を向上させることができる。また、ガラス管１の寸法精度の向上によりガラス管１を再加工する必要がなくなることから、オゾン発生装置の製造コストの増大を防止することができる。
【００２７】
なお、上記の例では、導電部２に含まれる導電性粉末はカーボン粉末であるが、銀粉末であってもよいし、カーボン粉末と銀粉末とを混合した粉末であってもよい。
【００２８】
また、上記の例では、マイクロノズル部９の動作は、ガラス管１の軸線方向に沿った往復動のみであるが、マイクロノズル部９をその軸線を中心に回転させるようにしてもよい。
【００２９】
また、上記の例では、ガラス管１の内面に付着された混合液を加熱するために恒温炉が用いられているが、ベルトコンベアにより連続加熱可能なベルト炉（連続炉）を用いてもよい。
【００３０】
また、上記の例では、付着工程でのガラス管１は動かないようになっているが、図５に示すように、ガラス管１の軸線を中心にガラス管１を回転させながらガラス管１の内側で混合液を噴霧するようにしてもよい。この場合、ガラス管１は、ガラス管１の外面に接触してガラス管１を支持する回転可能な複数のローラ部１５と、ガラス管１の端部を把持してガラス管１の軸線を中心に回転可能なチャック部１６とを有する支持装置１７（支持手段）によって支持される。このようにすると、ガラス管１の内面に付着された混合液が重力により流れ落ちることを防止することができる。
【００３１】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２によるオゾン発生装置を示す側断面図である。図において、ガラス管１の内面には、金属めっき膜である導電部２１が付着されている。ここでは、導電部２１の主成分は、ニッケルである。ガラス管１の内面には、導電部２１の付着強度を大きくするための凹凸が形成されている。他の構成及び動作は実施の形態１と同様である。
【００３２】
次に、このような構成のオゾン発生装置の製造方法について説明する。
まず、ガラス管１の内面をアセトン洗浄、純水洗浄及びアルカリ洗剤洗浄の順に洗浄（脱脂洗浄）する。次に、ブラスト加工（例えば、サンドブラスト加工）により、ガラス管１の脱脂された内面に微小な凹凸を形成する（凹凸形成工程）。
【００３３】
この後、酸洗浄及び水洗浄を行ってから、ガラス管１の内面と導電部２との親和性を高めるために、ガラス管１を濃度０．１％程度の塩化パラジウム水溶液に浸漬する。この後、ガラス管１を水洗浄し、部分的にマスキングした後、ガラス管１をＮｉ−Ｐめっき浴に浸漬する（無電解めっき）。これにより、ガラス管１の内面にニッケルめっき膜が導電部２１として成膜される（成膜工程）。
このようにして、高電圧電極３を製造する（電極製造工程）。
電極製造工程後、実施の形態１と同様にしてオゾン発生装置を製造する。
【００３４】
このような構成のオゾン発生装置では、ガラス管１の内面に微小な凹凸が形成されているので、導電部２１のガラス管１の内面への付着強度を大きくすることができ、導電部２１を無電解めっきにより作製することができる。従って、導電部２１の作製の際に、ノズルをガラス管１の内側に挿入する必要がなくなるので、ガラス管１の外径を小さくすることができ、市販のガラス管１をオゾン発生装置の製造に用いた場合、ガラス管１の外径の寸法精度を向上させることができる。また、ガラス管１の寸法精度の向上によりガラス管１を再加工する必要がなくなることから、オゾン発生装置の製造コストの増大を防止することができる。
【００３５】
実施の形態３．
実施の形態３によるオゾン発生装置の導電部２の主成分は、アルミニウム粉末になっている。他の構成及び動作は実施の形態１と同様である。
【００３６】
次に、このような構成のオゾン発生装置の製造方法について説明する。
まず、アルミニウム粉末、バインダ（樹脂）及び有機溶剤（キシレンあるいはトルエン）を互いに混合して、アルミニウム粉末を含む混合液（以下、単に「混合液」という）を作り、実施の形態１と同様にして混合液をガラス管１の内面に付着させる（付着工程）。
【００３７】
この後、ガラス管１の内面に付着された混合液が流れ落ちないように、ガラス管１の軸線を中心に回転させながらガラス管１を搬送装置により搬送し、図５に示す支持装置１７と同様の支持装置にガラス管１を装着する。
【００３８】
この後、ガラス管１の内面に付着された混合液を高周波により誘導加熱し、導電部２を作製する（加熱工程）。
このようにして、高電圧電極３を製造する（電極製造工程）。
電極製造工程後、実施の形態１と同様にしてオゾン発生装置を製造する。
【００３９】
図７は、この実施の形態３による加熱工程で用いられる誘導加熱装置を示す説明図である。図において、誘導加熱装置３１は、ソレノイド状の誘導加熱用コイル３２と、誘導加熱用コイル３２を支持し、ガラス管１の軸線に沿って往復動可能なステージ部３３と、誘導加熱用コイル３２に電気的に接続された加熱用電源３４とを有している。加熱工程では、混合液が内面に付着されたガラス管１は、誘導加熱用コイル３２の内側に配置されるとともに、支持装置１７によりガラス管１の軸線を中心に回転可能に支持される。
【００４０】
誘導加熱用コイル３２は、加熱用電源３４からの給電により、高周波を発生するようになっている。また、誘導加熱用コイル３２は、ステージ部３３の往復動によりガラス管１の軸線に沿って往復動される。
【００４１】
加熱工程では、混合液が内面に付着されたガラス管１はその軸線を中心に一定速度で回転され、誘導加熱用コイル３２は高周波を発生させながらガラス管１の軸線に沿って一定速度で移動される。
【００４２】
ここで、アルミニウム粉末は、電気抵抗の大きいアルミニウムの酸化膜で覆われているので、混合液の有機溶剤及びバインダの揮発成分を揮発させるだけでは、導電性を有する導電部２を作製することができない。このことから、加熱工程では、アルミニウム粉末が溶融可能な温度（７００℃程度）で混合液を誘導加熱するようにしている。
一方、誘導加熱用コイル３２の内側には、混合液だけでなくガラス管１も配置されるので、ガラス管１は誘導加熱用コイル３２からの高周波によって誘電加熱されるが、誘電加熱の発熱に寄与するガラス管１の誘電体損角（ｔａｎδ）の値が小さいので、ガラス管１内の発熱量は小さく、ガラス管１の温度上昇は小さい。
【００４３】
このようなオゾン発生装置の製造方法では、加熱工程において、高周波により混合液を誘導加熱するようになっているので、恒温炉によるバッチ加熱よりも混合液を短時間で昇温させることができる。従って、ガラス管１に対する熱影響（例えば、ガラスの分相やガラスの化学耐性の劣化）を小さくすることができ、ガラス管１の寸法精度をさらに向上させることができる。また、導電部２を短時間で作製することができるので、オゾン発生装置を効率良く製造することができ、製造コストの増大を防止することができる。
【００４４】
また、混合液中の導電性粉末がアルミニウム粉末であるので、導電部２の導電性を向上させることができ、かつオゾン発生装置を安価に製造することができる。
【００４５】
なお、上記の例では、ガラス管１の内面に付着された混合液は誘導加熱されているが、ガラス管１の内側からバーナの火炎あるいはドライヤの熱風により混合液を加熱してもよい。このようにしても、バーナの火炎やドライヤの熱風が直接ガラス管１に当たらないので、ガラス管１に対する熱影響を小さくすることができる。
【００４６】
なお、上記の例では、ガラス管１の内面に付着された混合液は、誘導加熱により直接加熱されているが、図８に示すように、ガラス管１の内側に金属製の円柱４０を配置し、誘導加熱用コイル３２からの高周波により円柱４０を誘導加熱して混合液を間接的に加熱してもよい。即ち、誘導加熱された円柱４０からの輻射熱によりガラス管１の内側から混合液を加熱するようにしてもよい。
【００４７】
誘導加熱は、誘導電流によるジュール発熱を利用するため、加熱対象である混合液が優れた導電性を有する場合には非常に効率良く混合液を加熱することができるが、混合液の導電性が良好でない場合には加熱の効果が小さくなる。しかし、このようにすれば、加熱対象である混合液が良好な導電性を有しない場合でも、円柱４０を加熱することにより、混合液を効果的に加熱することができる。
【００４８】
また、実施の形態１及び３の付着工程では、ガラス管１及びマイクロノズル部９は水平に配置されているが、図９に示すように、ガラス管１及びマイクロノズル部９を垂直、即ちそれぞれの軸線を鉛直方向に沿わせてガラス管１及びマイクロノズル部９を配置してもよい。この場合、ガラス管１の下方には、混合液を回収する回収トレイ３５が配置される。
【００４９】
このようにすると、ガラス管１から下方へ流れ落ちる混合液を回収トレイ３５によって回収することができ、回収された混合液を付着工程で再度用いることができる。従って、混合液の歩留まりを良くすることができ、結果として、オゾン発生装置の製造コストの増大を防止することができる。
【００５０】
さらに、ガラス管１を垂直にした場合、マイクロノズル部９による混合液の噴霧ではなく、ガラス管１の上方からガラス管１の内面に向けて混合液を流し込むようにしてもよい。このようにすると、さらに安価な装置でオゾン発生装置を製造することができる。
【００５１】
さらにまた、実施の形態１及び３における付着工程の前に、ガラス管１の内面に実施の形態２における脱脂洗浄を行ってもよい。
【００５２】
また、各上記実施の形態では、誘電体管はガラス管１であるが、セラミック管であってもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明に係るオゾン発生装置では、誘電体の第１面に付着され、導電性粉末を主成分として含む導電部とを有する第１電極、及び誘電体の第２面に空隙部を介して対向する第２電極を備えているので、高温で溶融させることなく導電性粉末を誘電体の第１面に付着させて導電部を作製することができる。従って、誘電体への熱影響を小さくすることができ、誘電体の寸法精度を向上させることができる。また、製造コストの増大も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるオゾン発生装置を示す側断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】ＳｉＣｌ_４を酸水素炎で溶融した石英ガラスの光透過率、及び硼珪酸ガラスの光透過率のそれぞれの波長依存性を示すグラフである。
【図４】図１のオゾン発生装置の製造方法の付着工程で用いられる混合液付着装置を示す説明図である。
【図５】図４に示すガラス管の支持手段の別の例を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるオゾン発生装置を示す側断面図である。
【図７】この実施の形態３による加熱工程で用いられる誘導加熱装置を示す説明図である。
【図８】図７に示す誘導加熱装置の別の例を示す説明図である。
【図９】図４に示すガラス管の状態の別の例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１ガラス管（誘電体管）、２，２１導電部、３高電圧電極（第１電極）、４接地電極（第２電極）、５空隙部、９マイクロノズル部、１４混合液付着装置。

Claims

第１面及び第２面を有する誘電体と、上記第１面に付着され、導電性粉末を主成分として含む導電部とを有する第１電極、及び
上記第２面に空隙部を介して対向する第２電極
を備え、
上記第１電極と上記第２電極との間の放電により、上記空隙部内の原料ガス中にオゾンを発生させることを特徴とするオゾン発生装置。
第１面及び第２面を有する誘電体と、上記第１面に付着された導電部とを有し、上記導電部の付着強度を大きくするための凹凸が上記第１面に形成されている第１電極、及び
上記第２面に空隙部を介して対向する第２電極
を備え、
上記第１電極と上記第２電極との間の放電により、上記空隙部内の原料ガス中にオゾンを発生させることを特徴とするオゾン発生装置。
上記誘電体の材料は、硼珪酸ガラスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のオゾン発生装置。
導電性粉末を含む混合液を誘電体管の内面に付着させる付着工程と、上記誘電体管の内面に付着された上記混合液を加熱し、上記混合液を導電部とする加熱工程とを有する電極製造工程
を備えていることを特徴とするオゾン発生装置の製造方法。
上記付着工程では、上記誘電体管の軸線を中心に上記誘電体管を回転させながら上記誘電体管の内側で上記混合液を噴霧することを特徴とする請求項４に記載のオゾン発生装置の製造方法。
上記加熱工程では、高周波により上記混合液を誘導加熱することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のオゾン発生装置の製造方法。
上記導電性粉末は、アルミニウム粉末であることを特徴とする請求項６に記載のオゾン発生装置の製造方法。
導電性粉末を含む混合液を誘電体管の内側で噴霧可能なマイクロノズル部を有し、上記マイクロノズル部による上記混合液の噴霧により、上記混合液を上記誘電体管の内面に付着させる混合液付着装置、及び
上記誘電体管の内面に付着された上記混合液を加熱し、上記混合液を導電部とする加熱装置
を備えていることを特徴とするオゾン発生装置の製造装置。