JP4634928B2

JP4634928B2 - オゾン発生器

Info

Publication number: JP4634928B2
Application number: JP2005372819A
Authority: JP
Inventors: 田隆昭村; 島崇文飯; 瀬竜太郎牧; 田和彦納; 堂洋子藤; 田裕二沖
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: JP2007169134A

Description

本発明は、オゾン発生器に係り、特に腐食・劣化を防止できるようにしたオゾン発生器に関する。

一般のオゾン発生器においては、金属電極と誘電体電極、もしくは誘電体電極同士が一対となって放電電極を構成し、その間にスペーサを挿入することにより微小な放電ギャップを形成している。そして、両電極間の放電ギャツプにオゾン原料ガスを流し、両電極間に高電圧を印加することにより放電ギャップにバリア放電が発生され、このバリア放電によりオゾン化ガスが生成される（例えば特許文献１）。

このようなオゾン発生器の内部では、オゾン以外にも、硝酸、亜硝酸などが発生し大変な腐食環境にある。また、オゾン発生器内部はバリア放電の熱によって７０℃を超える高温になる場合もあるため、温度とガスの両方から腐食が進みやすい傾向にある。このようなオゾン発生器について図３および図４により説明する。

図３は、従来のオゾン発生器の概略構成を示す断面図、図４はその放電部の部分断面図である。図３に示すように、オゾン発生器は気密容器１を有し、その気密容器１内には両端部が開放された多数本のステンレス管２が互いに平行に配設され、そのステンレス管２の外周部には冷却水室３が形成されている。上記ステンレス管２の内部には、内部にメタライズ電極が設けられた放電管４が上記ステンレス管２の両端から同心状に挿入装着されている。上記ステンレス管２と放電管４の間にはスペーサ５が介装され、上記スペーサ５により上記ステンレス管２と放電管４の間に放電ギャップ６が形成されている。また、上記放電管４内には、図４に示すように、有機物からなるヒューズ・ホルダー７により支持されたヒューズ８が同心状に配設されており、そのヒューズ８の先端にメタライズ電極からなる給電子９が連結されている。上記ヒューズ８の他端はリード線１０を介して高圧硝子１１に接続され、さらに図示しない高周波電源に接続され、さらに上記高周波電源が前記ステンレス管２に接続されている。

前記気密容器１内には原料空気が原料空気入口１２から供給され、放電管４とステンレス管２との間に形成された放電ギャップ６内を流れ、オゾン化ガス出口１３から流出される。一方、前記冷却水室３には冷却水入口１４から冷却水が供給され、その冷却水は冷却水出口１５から排出される。

そこで、上記放電管４とステンレス管２との間に図示しない高周波電源から高電圧を高圧硝子１１、ヒューズ８および給電子９を介して印加すると、上記放電ギャツプにバリア放電が形成され、オゾンが発生する。バリア放電で発生する熱は冷却水室３に供給された冷却水により冷却され、冷却水は冷却水出口１５から排出される。これにより放電ギャツプのガス温度の上昇が抑制され、高濃度・高収率のオゾンが得られる。
特開平１０−１８２１０９号公報（第４頁、図１）

ところが、上記従来のオゾン発生器は、以下に述べるような問題がある。

すなわち、図３および図４に示すオゾン発生器では、内部で原料空気がオゾン化空気（Ｏ３）を生成する過程で硝酸（ＨＮＯ３）が発生する。その過程は以下の反応で進行する。
ｅ＋Ｎ２→ｅ＋Ｎ＋Ｎ
Ｎ＋Ｏ２→ＮＯ＋Ｏ
ＮＯ＋Ｏ３→ＮＯ２＋Ｏ２
ＮＯ２＋Ｏ３→ＮＯ３＋Ｏ２
ＮＯ２＋ＮＯ３→Ｎ２Ｏ５
Ｎ２Ｏ５＋Ｈ２Ｏ→ＨＮＯ３
ここで、ｅは放電中で生成する電子、Ｎは窒素、Ｏは酸素である。

また、大電力密度でバリア放電を発生するとオゾン化ガスは７０℃以上に達する場合がある。その場合、温度上昇によって内部の塩化ビニル等の有機物から塩化水素ガス（ＨＣｌ）等が発生する可能性もある。これらの腐食性ガスの発生によってオゾン発生器内部の材料は徐々に劣化していく。

本発明は、このような点に鑑み、オゾン発生器内部の構造材料を最適化することによって大電力密度であっても腐食し難くし、高い信頼性を有するオゾン発生器を得ることを目的とする。

本発明は、円筒状の放電管の内面にメタライズされた第１の電極と、上記第１の電極の外側に同心状に設けられ、外面側から冷却されるように構成された第２の電極と、上記第１の電極及び第２の電極間に高電圧を印加する高圧電源とを備えるとともに、第１の電極の内部に有機物からなる絶縁物を有しないヒューズが配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、放電管の内部に配設する部材の劣化の危険を防止することができ、信頼性を高めることができる。

以下、図１および図２を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図中、図３および図４と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図であり、ステンレス管２の内部には、内部にメタライズ電極１６が設けられた放電管４が上記ステンレス管２の両端から挿入装着されている。すなわち、内面にメタライズされた第１の電極を構成する放電管４の外側に第２の電極を構成するステンレス管２が同心状に配設されている。上記ステンレス管２と放電管４の間にはスペーサ５が介装され、上記スペーサ５により上記ステンレス管２と放電管４の間に放電ギャップ６が形成されている。また、上記放電管４内には、有機物以外の金属、セラミック、ガラス繊維等からなるヒューズ・ホルダー７ａにより支持されたヒューズ８が同心状に配設されており、そのヒューズ８も有機物の絶縁物を有さないような構成としてある。また、上記ヒューズ８の先端には給電子９が連結されており、上記ヒューズ８の他端はリード線１７を介して高周波電源１８に接続され、さらに上記高周波電源１８が前記ステンレス管２に接続されている。

しかして、オゾン原料ガスが図示しない原料空気入口からオゾン発生器の密閉容器内に供給されると、その後オゾン原料ガスは放電管４とステンレス管２との間に形成された放電ギャップを流れ、オゾン化ガス出口から流出される。この間高周波電源１８からの高電圧をヒューズ８および給電子９を介してメタライズ電極１６に印加すると、放電管４とステンレス管２との間の放電ギャップ６にバリア放電が形成され、オゾンが発生する。バリア放電で発生する熱は、ステンレス管の外面に供給される冷却水により冷却されるが、放電管４の内部にこもった熱を完全に除去できず、数１０℃の温度上昇を生じる。

このように、本実施の形態においては、円筒状の放電管の内面にメタライズされた第１の電極を構成する放電管４と、上記放電管４を囲むように設られ、外面側から冷却されるように構成された第２の電極を構成するステンレス管と、上記第１の電極及び第２の電極間に高電圧を印加する高圧電源とを備えるとともに、第１の電極を構成する放電管４の内部に配設される部材を、有機物以外の硝酸などに対して高い防食性能を有する部材によって構成したので、上記放電管４内に設けられた部材が腐食性ガスによって劣化されることが防止され、信頼性が向上される。

また、放電管４内部でヒューズ８とメタライズ電極１６を接続する給電子９を、ステンレス・スチールの細線ウールにより構成することにより、腐食性ガスによって腐食されることがなく、その給電子の腐食・劣化を防止することができる。また、給電子９はカーボン系導電接着剤でもよい。また、メタライズ電極１６の材料としてステンレス・スチールを使用し、スパッタ蒸着によって形成することにより、ステンレス・スチールがオゾンの副生成物である硝酸などに対して高い防食性能を有することから、メタライズ電極１６の劣化を防止することもできる。

（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態を示す図であり、給電子９が放電管４のほぼ中央位置に挿入されており、その給電子９とヒューズ８とが導電性のリード線１９で接続されている。すなわち、メタライズ電極１６に大電流を流すと、給電子９付近で電気化学的な腐食が生じる可能性がある。そのため給電子９を放電管４のほぼ中央まで挿入することにより、電流が左右に振り分けられ、電流値を１／２程度に下げることが可能になる。その結果、給電子９付近で生じ易い電気化学的な腐食による劣化を防止することもできる。

本発明のオゾン発生器の第１の実施の形態を示す図。本発明のオゾン発生器の第２の実施の形態を示す図。従来のオゾン発生器の概略構成を示す断面図。従来のオゾン発生器の放電管部の部分断面図。

符号の説明

１気密容器
２ステンレス管
３冷却水室
４放電管
５スペーサ
６放電ギャップ
７、７ａヒューズ・ホルダ
８ヒューズ
９給電子
１０リード線
１１高圧硝子
１２原料空気入口
１３オゾン化ガス出口
１４冷却水入口
１５冷却水出口
１６メタライズ電極
１８高周波電源
１７、１９リード線

Claims

円筒状の放電管の内面にメタライズされた第１の電極と、上記第１の電極の外側に同心状に設けられ、外面側から冷却されるように構成された第２の電極と、上記第１の電極及び第２の電極間に高電圧を印加する高圧電源とを備えるとともに、第１の電極の内部に有機物からなる絶縁物を有しないヒューズが配設されていることを特徴とするオゾン発生器。
第１の電極内には給電子が放電管の中央まで挿入されていることを特徴とする、請求項１に記載のオゾン発生器。
第１の電極の内部の給電子がカーボン系導電接着剤からなることを特徴とする、請求項１または２に記載のオゾン発生器。
第１の電極の内部の給電子がステンレス・スチールの細線ウールからなることを特徴とする、請求項１または２に記載のオゾン発生器。
第１の電極内には金属、セラミックまたはガラス繊維からなるヒューズ・ホルダが設けられていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のオゾン発生器。
円筒状の放電管の内部にメタライズされる金属がステンレススチールであり、スパッタ蒸着によって形成されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のオゾン発生器。