JP5417019B2 - オゾン発生電極 - Google Patents

Description

本発明は、水処理などに用いられるオゾン発生装置に使用するオゾン発生電極に関し、高電圧電極を安定に保持したオゾン発生電極に関する。

オゾン発生装置は、上下水道における水処理に用いられる装置である。

従来から使用されているオゾン発生装置としては、二つの平板状の電極を対向させ、その間に放電空間を形成して、この放電空間に酸素を含む原料ガスを流し、二つの電極に交流高電圧を印加して酸素からオゾンを発生させる方法がある。また、電極として円筒形状のものを用い、外側に接地電極を設け、円筒形状の接地電極の内部に高電圧電極を配置した同軸円筒型のオゾン発生電極も使用されている。

同軸円筒型のオゾン発生電極の場合には、図４に示すように、酸素を含む原料ガス２０を接地電極１と高電圧電極３の間の放電空間４に流通させる。接地電極１と高電圧電極３を交流高電圧の電源装置（図示していない）に接続し、この電源装置から供給される電力により放電空間４に無声放電を発生させる。放電による電子衝突により、放電空間４を流れる原料ガス２０に含まれる酸素分子から酸素原子が生成され、酸素原子とその周辺にあるほかの酸素分子とが再結合することでオゾンが生成される。生成したオゾン化ガス２１は放電空間４から図示していないオゾンと接触する被処理物質のある装置や場所に供給される。

接地電極１又は高電圧電極３には、放電で発生した熱を除去するために、電極を冷却する冷媒の流路が設けられており、ここに冷媒を流通させて接地電極１又は高電圧電極３を冷却する。図４において、１０は冷媒（例えば、冷却水）を示し、接地電極１をその外周側から冷却する。また、高電圧電極３の内側には、図示しないが、冷媒（例えば、冷却水）が流通し、高電圧電極３を内側から冷却する。なお、１２は一対の管板であり、冷却容器の一部を構成し、オゾン発生電極（接地電極１及び高電圧電極３）をその両端部で支持している。また、高電圧電極３にはこの電極に取り付けられた給電端子３０を介して、給電プレート３１から高電圧の電力が印加される。

同軸円筒型のオゾン発生電極として、従来からさまざまなものが提案されている。例えば、先行特許文献１には、内部に冷却体を有する同軸円筒型のオゾン発生電極を示している（特許文献１参照）。ここでは発熱による温度上昇や冷却による膨張や収縮によって、ガラスなどの誘電体の管の破損などが破損しないように伸縮ギャップを設けたものを開示している。

特開昭６１−１４１０５号公報

しかし、上記のような従来の方法による同軸円筒型のオゾン発生電極では、放電空間４に原料ガス２０を流通させた場合に、円筒の内部に装入された高電圧電極３が原料ガス２０の流れの影響によってその位置が変わったり、移動したりするという問題があった。

本発明は、従来のオゾン発生電極のこのような問題点を改善し、安定してオゾン化反応を行なうことができるオゾン発生電極について検討し本発明を完成した。

即ち、本発明は、以下の内容をその要旨とする発明である。
（１）両端部が一対の管板によって支持され横倒し姿勢とされた筒状の外側電極と、前記外側電極内に該外側電極の内周部との間に放電空間を確保した状態で軸線方向に移動可能に装入され、端部に高電圧を印加するための給電端子が接続された筒状の内側電極と、前記外側電極及び内側電極の対向した面の少なくとも一方に設けられた誘電体とを備えたオゾン発生電極であって、前記内側電極の端部に当接することにより内側電極のガス流量側方向への移動を阻止するストッパーが設けられている、オゾン発生電極。

（２）前記ストッパーが、前記内側電極の端子側端部の外側において当該端子側端部を跨ぐように設けられ、端子側の管板によって支持された跨設部材と、この跨設部材から前記内側電極に向かって張り出す張出部とを有している、前記（１）に記載のオゾン発生電極。

（３）前記跨設部材が、前記外側電極に接し、かつ、中心部に有する孔を給電端子が貫くように設けられたものであり、前記張出部が内側を前記給電端子が貫くよう筒状に形成されたものである場合において、前記給電端子及び前記跨設部材の隙間に介在された筒状の絶縁部材を有している、前記（２）に記載のオゾン発生電極。

（４）前記絶縁部材が、前記跨設部材から前記内側電極側及びその反対側に向かって延出する延出部をそれぞれ有している、前記（３）に記載のオゾン発生電極。

（５）前記ストッパー及び前記絶縁部材が、耐オゾン性を有している、前記（１）〜（４）の何れかに記載のオゾン発生電極。

（６）前記（１）〜（５）の何れかに記載のオゾン発生電極を用いた、オゾン発生装置。

本発明のようにオゾン発生電極の高電圧電極（内側電極）に対するストッパーを設けることにより、原料ガスを流通させてオゾン化ガスを発生させる際にも、内部の高電圧電極が動いたり、がたついたりすることがなく、安定してオゾン化ガスを発生させることができる。

高電圧電極に対してストッパーを１個取り付けた本発明に係るオゾン発生電極の一実施形態を示す断面説明図である。 図１（ａ）に示すオゾン発生電極を図上左側から見た説明図である。 図１（ａ）に示すオゾン発生電極の斜視図である。 高電圧電極（内側電極）に対してストッパーを２個取り付けた本発明に係るオゾン発生電極の他の実施形態を示す断面説明図である。 図２（ａ）に示すオゾン発生電極を図上左側から見た説明図である。 他のタイプのストッパーを取り付けた本発明に係るオゾン発生電極の実施形態を示す断面説明図である。 図３（ａ）に示すオゾン発生電極を図上左側から見た説明図である。 従来技術のオゾン発生電極の断面図の一例である。

次に、本発明を図面を用いてさらに詳しく説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、高電圧電極（内側電極）に対してストッパーを１個取り付けた本発明に係るオゾン発生電極の一実施形態を示しており、図２（ａ）（ｂ）は、同じく高電圧電極（内側電極）に対してストッパーを２個取り付けた本発明に係るオゾン発生電極の他の実施形態を示している。また、図３（ａ）（ｂ）は、高電圧電極（内側電極）の給電端子に取り付ける形式のストッパーを用いた本発明に係るオゾン発生電極の実施形態を示すものである。

図１（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図２（ａ）（ｂ）は、本発明に係る高電圧電極（内側電極）に対するストッパーを取り付けたオゾン発生電極の一例である。本発明は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図２（ａ）（ｂ）に示すように、両端部が一対の管板１２によって支持され横倒し姿勢とされた円筒状の接地電極である外側電極１と、前記外側電極１内に該外側電極１の内周部との間に放電空間４を確保した状態で軸線方向に移動可能に装入され、端部に高電圧を印加するための給電端子３０が接続された円筒状の高電圧電極である内側電極３と、前記外側電極１及び内側電極３の対向した面の少なくとも一方に設けられた誘電体２とを備えたオゾン発生電極であって、前記内側電極３の端子側端部３ａに当接することにより内側電極３の端子側方向への移動を阻止するストッパー４１が設けられているものである。

図１（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図２（ａ）（ｂ）の場合には、誘電体２は接地電極１の放電空間側に設けられている。また、高電圧電極３は円筒状の接地電極１の内部に配置され、高電圧電極３の端部には高電圧を印加するための給電端子３０が接続されており、この給電端子３０の末端が電力を供給する給電プレート３１に接続している。接地電極１の外側には、冷媒の流路１０が設けられている。

オゾンを発生させる場合には、酸素を含む原料ガス２０を片方から導入し、この接地電極１と高電圧電極３の間に交流高電圧を印加して放電によりオゾン化ガスを生成させる。生成したオゾン化ガス２１は放電空間４の原料ガスの流入口と反対側から流出する。このオゾン化ガスの生成に際して、原料ガス２０を放電空間４内に流入させる（図１（ａ）の場合は、図の右側から）と、内部に挿入されている高電圧電極３が流入する原料ガス２０の流れによる圧力によってガスの出口側へ押し流されたりすることがある。このように高電圧電極３が所定の位置から動くと、安定した放電が維持できなくなり、良好なオゾン化ガスの生成を続行することが困難となる。

本発明では、このような高電圧電極３の移動を阻止するために、例えば、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）のようにガスの出口側の１箇所に、又は図２（ａ）（ｂ）のようにガスの入口側と出口側の２箇所に、内側電極である高電圧電極３の端部３ａに当接するようにストッパー４１あるいはストッパー４１aを設けるものである。

図１（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図２（ａ）（ｂ）に示す高電圧電極３の端部３ａに当接するストッパー４１について、更に詳しく説明する。

ストッパー４１は高電圧電極（内部電極）３を所定の位置に保持しガス流量方向側への移動を阻止するためのものであり、その機能を有するものであれば、特にその形状、構造は限定されない。ストッパー４１の好ましい構造としては、図１（ｂ）（ｃ）に示されるように、高電圧電極（内部電極）３の端部３ａの外側において当該端部３ａを跨ぐように設けられ、端子側の管板１２によって支持された跨設部材４０と、この跨設部材４０から前記高電圧電極（内部電極）３に向かって張り出す張出部４８とを有しているものが挙げられる。

具体的には、跨設部材４０は、図１（ｂ）の断面図において示されているように、また図１（ｃ）に示すように、平板の帯状部材であって、接地電極１の軸方向の直角断面の円形において弦に相当する位置に、接地電極１の端面に当接する状態で取り付けられている。この帯状部材の中央部に張出部４８が高電圧電極３に向かって張り出すように、平板に垂直に取り付けられている。また、跨設部材４０の両端部においては、接地電極１の外側の位置でストッパーガイド４２ａと４２ｂによって固定されている。跨設部材４０の固定は、具体的には、例えば図１（ｃ）に示すように、ストッパーガイド４２ａと４２ｂを介してネジ固定するなどの方法で電極本体の接地電極１を支持する管板１２又は電極保持具と固定する。従って、電位としては接地側となる。

同軸円筒型のオゾン発生電極においては、高電圧電極３は接地電極１よりも長さが短く、接地電極１の内部の一定の位置に配置されることが好ましい。そのため、ストッパーの長さは、接地電極１と高電圧電極３の長さの差の半分で設置されることが好ましく、高電圧電極３を最適の位置に保持することができる。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、ストッパー４１ａ，ｂを高電圧電極３の両端部３ａ，３ｂに設ける場合には、同様にして跨設部材４０と張出部４８ａ，４８ｂ、及びストッパーガイド４２ａ，４２ｂを用いて、ストッパー４１ａ，４１ｂを電極本体の両端部（通常、管板１２）に固定する。このように原料ガスの入口側と出口側の両方にストッパーを設けることによって、ガスの逆流などの異常事態が発生した場合にも確実に高電圧電極３を所定の位置に保持することができる。

ストッパー４１ａ，ｂを構成する張出部４８ａあるいはｂは、高電圧電極３と接触しており、かつオゾン化ガスとも接触することから、電気絶縁性の材料であり、かつ耐オゾン性の材料であることが必要である。更に、原料ガスの流れによる圧力にも曝されることから一定の強度も要求される。このような諸条件を満足する材料として、セラミックス材料、ガラス材料や耐オゾン性のある一部の合成樹脂などが使用することができる。

図３（ａ）（ｂ）は、本発明において高電圧電極（内側電極）に対する他の形式のストッパーを取り付けたオゾン発生装置の一例である。

図３（ａ）（ｂ）に示すストッパーは、跨設部材４３が接地電極（外側電極）１に接し、かつ、中心部に有する孔を給電端子３０が貫くように設けられたものであり、張出部４８は、その内側を給電端子３０が貫くよう筒状に形成されたものであり、給電端子３０及び跨設部材４３の隙間に介在された筒状の絶縁部材４５を有しているものである。

図３（ａ）（ｂ）に示すストッパーを更に詳しく説明する。図３（ａ）は、円筒状の電極の軸方向の断面図であり、図３（ｂ）は、円筒の軸に直角方向の断面図である。このストッパーにおいては、跨設部材４３は、接地電極（外側電極）１に接しており、かつ、中心部に有する孔を給電端子３０が貫くように設けられている。張出部４８は、その内側を給電端子３０が貫くように筒状（円筒状）に形成されている。この張出部４８は、その先端側が内側電極の管板側端部に当接又は近接するように跨設部材４３から高電圧電極３に向かって張り出している。そして、筒状(円筒状)の絶縁部材４５が、給電端子３０及び跨設部材４３の隙間に介在されるように設けられている。ここで、絶縁部材４５は、跨設部材４３から内側電極側及びその反対側に向かって延出する延出部４５ａ、ｂを有している。内側電極側の延出部４５ａは、その先端側が張出部４８の内側に入りこむように設けられている。

跨設部材４３は、中央部に給電端子３０を通す孔を有する、平板の帯状の部材である。具体的な形状は、単純な帯状の部材でもよく、図３（ｂ）に示すような３方向に伸びた矢車状（手裏剣状）のものでもよく、また、４方向に伸びた十字状のものでもよい。跨設部材４３の中央部の孔に、給電端子３０が挿入され、給電端子３０及び跨設部材４３の隙間には、筒状の絶縁部材４５が介在することにより、給電端子３０に対する絶縁性を確実にしている。また、跨設部材４３は、末端部の穴でストッパーガイド４６ａ，４６ｂ，４６ｃを用いて電極本体の管板１２又は電極保持具と固定する。

図３（ａ）（ｂ）に示す形式のストッパーの場合は、オゾン発生電極の片方の端部、即ち給電端子３０と給電プレート３１の存在する側に取り付ける。オゾン発生電極の他方の端部には、高電圧電極３の内部を冷却する冷媒の入口と出口の配管などが取り付けられる。

絶縁部材４５は、高電圧電極３、給電端子３０と接触しており、かつオゾン化ガスとも接触することから、電気絶縁性の材料であり、かつ耐オゾン性の材料であることが必要である。更に、原料ガスの流れによる圧力にも曝されることから一定の強度も要求される。このような諸条件を満足する材料として、セラミックス材料、ガラス材料や耐オゾン性のある一部の合成樹脂などが使用することができる。

跨設部材４３は、直接高電圧電極３に接触することはなく、特に電気絶縁性が要求されるものではないが、張出部４８や絶縁部材４５と同様のセラミックス材料、ガラス材料や耐オゾン性のある一部の合成樹脂などを使用することが好ましい。

次に、本発明を具体的な実施例によって更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

本発明のオゾン発生電極を用いることにより、安定して効率よくオゾンを製造することができ、従来からオゾンの利用されている水処理設備などのさまざまな産業分野で、より有効に本発明を利用することができる。

１：接地電極、
２：誘電体層、
３：高電圧電極、
３ａ：高電圧電極の端子側端部、
４：放電空間、
１０：冷却水、
１２：管板、
２０：原料ガス、
２１：オゾン化ガス、
３０：給電端子、
３１：給電プレート、
４０：跨設部材、
４１（４１ａ，４１ｂ）：ストッパー、
４２ａ：ストッパーガイド、
４２ｂ：ストッパーガイド、
４３：跨設部材、
４５ａ，４５ｂ：絶縁部材の延出部、
４６ａ：ストッパーガイド、
４６ｂ：ストッパーガイド、
４６ｃ：ストッパーガイド。

Claims (4)

1. 両端部が一対の管板によって各管板の外側に突出した状態で支持され横倒し姿勢とされた筒状の外側電極と、この外側電極内に該外側電極の内周部との間に放電空間を確保した状態で軸線方向に移動可能に装入され、端部に高電圧を印加するための給電端子が接続された筒状の内側電極と、前記外側電極及び内側電極の対向した面の少なくとも一方に設けられた誘電体と、を備えたオゾン発生電極であって、
   前記内側電極のオゾン化ガス流出側端部に当接することにより内側電極の原料ガス流入側からオゾン化ガス流出側への軸線方向移動を阻止するストッパーが設けられており、
   前記ストッパーが、前記内側電極のオゾン化ガス流出側端部の外側において前記外側電極のオゾン化ガス流出側端部を跨ぐように設けられ、オゾン化ガス流出側の管板によって支持された跨設部材と、この跨設部材から前記内側電極に向かって垂直に張り出す張出部とを有しており、
   前記跨設部材が前記外側電極のオゾン化ガス流出側端面に当接した状態でオゾン化ガス流出側の管板に対し固定されることにより、前記張出部が前記外側電極の軸線方向に対し位置決めされている、オゾン発生電極。
2. 前記内側電極の原料ガス流入側端部に当接することにより内側電極のオゾン化ガス流出側から原料ガス流入側への軸線方向移動を阻止する、前記ストッパーとは別のストッパーが設けられており、
   この別のストッパーが、前記内側電極の原料ガス流入側端部の外側において前記外側電極の原料ガス流入側端部を跨ぐように設けられ、原料ガス流入側の管板によって支持された跨設部材と、この跨設部材から前記内側電極に向かって垂直に張り出す張出部とを有している、請求項１に記載のオゾン発生電極。
3. 前記跨設部材が、中心部に有する孔を給電端子が貫くように設けられたものであり、前記張出部が内側を前記給電端子が貫くよう筒状に形成されたものである、請求項１に記載のオゾン発生電極。
4. 前記給電端子及び前記跨設部材の隙間に介在された筒状の絶縁部材を有している、請求項３に記載のオゾン発生電極。

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