JP2009155186A - オゾン発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型であるにもかかわらず振動等の影響を受けないように電極を固定でき、しかも耐オゾン性が高いオゾン発生器を提供する。
【解決手段】本発明のオゾン発生器１は、放電管１１、放電管１１にガスを導入させる導入管１２、および放電管１１からガスを排出させる排出管１３を有するガラス製の配管部材１０と、放電管１１の孔径より直径が小さく、放電管１１に挿入された金属棒２０と、放電管１１の端部１１ａ，１１ｂおよび金属棒２０との間に挟持されているフッ素樹脂製の固定用チューブ３０ａ，３０ｂと、放電管１１の、ガスが通過する部分の外周面１１ｃの少なくとも一部に形成された導電膜４０とを備え、固定用チューブ３０ａ，３０ｂは、放電管１１の中央側の端部の外径が、放電管１１の中央側に向かうにつれて縮径している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、化学発光式窒素酸化物計（ＮＯ_ｘ計）等に具備されるオゾン発生器に関する。

オゾンを発生させる方法として、酸素を含有するガス（以下、酸素含有ガスという。）の存在下で無声放電を行う方法が広く知られている（例えば、非特許文献１参照）。無声放電を利用してオゾンを発生させる具体的な方法としては、一対の電極間に固体誘電体を配置し、固体誘電体と一方の電極間に酸素含有ガスを存在させた状態で電極間を印加する方法が挙げられる。

無声放電を利用してオゾンを発生させるオゾン発生器としては、例えば、図６に示すような、放電管１１１、導入管１１２および排出管１１３を有するガラス製の配管部材１１０と、放電管１１１の孔径より直径が小さく、放電管１１１に挿入された金属棒１２０と、放電管１１１の、ガスが通過する部分の外周面に形成された導電膜１４０とを備えるものが知られている。
このオゾン発生器１００では、放電管１１１の両端側に、金属棒１２０の直径と略同等の孔径、かつ、放電管１１１の外径と略同等の外径の第１のチューブ１５０ａ，１５０ｂを、第１のチューブ１５０ａ，１５０ｂの貫通孔と放電管１１１の貫通孔とが連通するように隣接させている。また、第１のチューブ１５０ａ，１５０ｂと放電管１１１の端部１１１ａ，１１１ｂとに、第１のチューブ１５０ａ，１５０ｂおよび放電管１１１の外径と略同等の孔径を有する第２のチューブ１６０を被せて、第１のチューブ１５０ａ，１５０ｂと放電管１１１とを接続させている。また、放電管１１１の、導入管１１２側の端部１１１ａに隣接する第１のチューブ１５０ａの一部にフッ素樹脂製の棒１７０を挿入する。
そのようにした状態で、両方の第１のチューブ１５０ａ，１５０ｂおよび放電管１１１内に金属棒１２０を挿入して固定する。ここで、第１のチューブ１５０ａ，１５０ｂおよび第２のチューブ１６０としては、適度な柔軟性を有し、金属棒１２０やフッ素樹脂製の棒１７０を挿入可能であることから、シリコーン製のものが用いられる。また、金属棒１２０の、第１のチューブ１５０ｂからはみ出る部分にはねじ溝１２１が形成されている。

上記オゾン発生器１００を用いてオゾンを発生させるためには、電源接続用配線１２２の一端に取り付けられた座金１２３を、金属棒１２０のねじ溝１２１に螺着した２つのナット１２４，１２４により挟んで、電源接続用配線１２２の他端に電源Ｐを接続する。これにより、金属棒１２０を一方の電極とする。また、アース接続用配線１４１を介して、導電膜１４０にアースＥを接続して他方の電極とする。次いで、導入管１１２から酸素含有ガスを放電管１１１に導入させ、電極間を印加する。これにより生じた無声放電によって、酸素からオゾンを発生させる。発生させたオゾンは、排出管１１３を介して放電管１１から排出させる。
宗宮功著、「オゾン利用の新技術」、三▲秀▼書房、１９８６年、ｐ．３１−３７

しかし、上記オゾン発生器１００では、シリコーンの耐オゾン性が高くないため、発生したオゾンの接触によって第１のチューブ１５０ａ，１５０ｂが劣化して割れてしまうことがあった。また、第２のチューブ１６０が柔軟性を有することから、振動により電極間隔が変化し、電気的ノイズが発生することがあった。さらに、振動等により金属棒１２０が位置ずれし、金属棒１２０の外周面と放電管１１１の内周面との間隔が一定になりにくかった。そのため、放電が安定せず、オゾンが一定に発生しないことがあった。
ところで、大型のオゾン発生器においては、振動等の影響を受けないように耐オゾン性を有する素材を用いて電極を固定する手法として様々なものが知られている。しかし、小型のオゾン発生器においては、大きさやコストに制約があるため、振動等の影響を受けないように電極を固定することが困難であった。そのため、小型のオゾン発生器については、耐オゾン性が高く、振動等の影響を受けないように電極を固定する方法が知られていないのが実情であった。
本発明は、小型であるにもかかわらず振動等の影響を受けないように電極を固定でき、しかも耐オゾン性が高いオゾン発生器を提供することを目的とする。

本発明は、以下の態様を包含する。
［１］ 放電管、該放電管にガスを導入させる導入管、および前記放電管からガスを排出させる排出管を有するガラス製の配管部材と、
前記放電管の孔径より直径が小さく、放電管に挿入された金属棒と、
前記放電管の端部および金属棒との間に挟持されているフッ素樹脂製の固定用チューブと、
前記放電管の、ガスが通過する部分の外周面の少なくとも一部に形成された導電膜とを備え、
前記固定用チューブは、放電管の中央側の端部の外径が、放電管の中央側に向かうにつれて縮径していることを特徴とするオゾン発生器。

本発明のオゾン発生器は、小型であるにもかかわらず振動等の影響を受けないように電極を固定でき、しかも耐オゾン性が高い。

本発明のオゾン発生器の一実施形態について説明する。
図１に、本実施形態のオゾン発生器を示す。このオゾン発生器１は、直胴の放電管１１と、放電管１１にガスを導入させる導入管１２と、放電管１１からガスを排出させる排出管１３とを有するガラス製の配管部材１０を備える。ここで、導入管１２および排出管１３は共に、放電管１１の垂直方向に、放電管１１の外周面１１ｃから突き出ている。また、導入管１２と排出管１３とは、互いに離されて配置されている。

放電管１１の内部には、放電管１１の孔径より直径が小さく、かつ、放電管１１より長い金属棒２０が挿入されている。
放電管１１の導入管１２側の端部１１ａと金属棒２０との間には、図２に示すように、第１の固定用チューブ３０ａが挟持されている。ここでいう「端部」とは、両端の部分を意味している。本実施形態では、第１の固定用チューブ３０ａの一方の先端３１ａが、放電管１１の端部１１ａ側の先端１１ｅと同じ位置にある。
放電管１１の排出管１３側の端部１１ｂと金属棒２０との間には、図３に示すように、第２の固定用チューブ３０ｂが挟持されている。本実施形態における第２の固定用チューブ３０ｂは放電管１１からはみ出ている。
放電管１１の、ガスが通過する部分の外周面１１ｃの全部には、導電膜４０が形成されている。ここで、ガスが通過する部分は、放電管１１の、導入管１２が接続された位置から排出管１３が接続された位置までの部分である。
放電管１１の導入管１２側の端部１１ａには、キャップ５０が取り付けられている。
放電管１１の、排出管１３側の端部１１ｂには、金属棒支持部材６０が取り付けられている。金属棒支持部材６０からは、金属棒２０の一端がはみ出ている。

（配管部材）
放電管１１の外径および孔径（内径）は、発生させるオゾンの流量にもよるが、例えば、ＮＯ_ｘ分析計の場合には、外径を６〜１０ｍｍ、孔径を４〜８ｍｍとすることができる。

（金属棒）
金属棒２０の、金属棒支持部材６０からはみ出る部分には、ねじ溝２１があらかじめ形成されている。
金属棒２０の直径は、放電管１１との間隙が０．５〜１．０ｍｍになるようにすることが好ましい。放電管１１との間隙が０．５ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下になるようにすれば、オゾンをより安定に発生させることができる。
金属棒２０を構成する金属としては、耐オゾン性を有するものが選択され、例えば、チタン、ステンレスなどが挙げられる。

（固定用チューブ）
第１の固定用チューブ３０ａおよび第２の固定用チューブ３０ｂの外径は、放電管１１の孔径と略同等であり、第１の固定用チューブ３０ａおよび第２の固定用チューブ３０ｂの孔径は金属棒２０の直径と略同等である。
また、第１の固定用チューブ３０ａおよび第２の固定用チューブ３０ｂは共に、放電管１１の中央側の外径が、放電管１１の中央側に向かうにつれて縮径している。

第１の固定用チューブ３０ａおよび第２の固定用チューブ３０ｂは、フッ素樹脂製である。フッ素樹脂としては、例えば、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などが挙げられる。

（導電膜）
導電膜４０は、例えば、銅箔、アルミニウム箔等の金属箔、金属を含む導電性ペーストが放電管１１の外周面１１ｃに塗布されて形成された塗膜からなっている。なお、上記金属箔は銅製やアルミニウム製等のテープ部材であってもよい。

（キャップ）
キャップ５０は、図４に示すように、放電管１１の外径と略同等の内径の凹部５１を有する部材である。キャップ５０は、凹部５１を放電管１１の導入管１２側の端部１１ａに嵌めることによって、放電管１１に取り付けられる（図２参照）。
キャップ５０の材質としては特に制限されないが、取り付けが容易になることから、ゴムであることが好ましく、耐薬品性の点で、シリコーンゴムがより好ましい。

（金属棒支持部材）
金属棒支持部材６０は、図５に示すように、貫通孔６１を有する部材である。ここで、貫通孔６１は、金属棒２０の直径と略同等の孔径の第１の孔６１ａと、第１の孔６１ａに連通し、第２の固定用チューブ３０ｂの外径と略同等の孔径の第２の孔６１ｂと、第２の孔６１ｂに連通し、放電管１１の外径と略同等の孔径の第３の孔６１ｃとが形成されている。
第１の孔６１ａ内には金属棒２０が挿入され、第２の孔６１ｂ内には第２の固定用チューブ３０ｂが挿入され、第３の孔６１ｃには放電管１１の排出管１３側の端部１１ｂが挿入されて、金属棒２０を支持するようになっている（図３参照）。
金属棒支持部材６０の材質は、キャップ５０と同様の理由から、ゴムが好ましく、シリコーンゴムがより好ましい。

（作製方法）
上記オゾン発生器１の作製方法の一例について説明する。
まず、放電管１１の、導入管１２と排出管１３との間の外周面１１ｃの全部に導電膜４０を形成する。
次いで、金属棒２０を放電管１１に、排出管１３側の先端１１ｄから、導入管１２側の先端１１ｅまで挿入する。
次いで、導入管１２側の先端１１ｅから、放電管１１と金属棒２０との間に、第１の固定用チューブ３０ａを、縮径している側が放電管１１の軸方向中央側になるように挿入する。ここで、第１の固定用チューブ３０ａは金属棒２０を放電管１１に固定する楔の役割を果たす。第１の固定用チューブ３０ａの全部を放電管１１に挿入する必要はなく、放電管１１が破損しない程度に挿入し、放電管１１からはみ出た部分を切断する。これにより、第１の固定用チューブ３０ａの一方の先端３１ａと、放電管１１の端部１１ａ側の先端１１ｅとを同じ位置にする。
次いで、キャップ５０の凹部５１を、放電管１１の導入管１２側の端部１１ａに嵌めて、キャップ５０を放電管１１に取り付ける。
次いで、排出管１３側の先端１１ｄから、放電管１１と金属棒２０との間に、第２の固定用チューブ３０ｂを、縮径している側が放電管１１の軸方向中央側になるように挿入する。ここで、第２の固定用チューブ３０ｂは、第１の固定用チューブ３０ａと同様に楔の役割を果たす。したがって、第２の固定用チューブ３０ｂも全部を放電管１１に挿入する必要はなく、放電管１１が破損しない程度に挿入し、一部を放電管１１からはみ出させる。
次いで、金属棒支持部材６０の第３の孔６１ｃ側から、第１の孔６１ａに金属棒２０を挿入し、金属棒支持部材６０を放電管１１側に押し込むことにより、第２の孔６１ｂに第２の固定用チューブ３０ｂのはみ出た部分、第３の孔６１ｃに放電管１１の排出管１３側の端部１１ｂを順次挿入する。これにより、金属棒支持部材６０を取り付けて、金属棒２０を支持する。
これにより、オゾン発生器１が得られる。

（他の配管の接続）
導入管１２および排出管１３には他の配管が接続される。導入管１２に他の配管を接続する方法としては特に制限はないが、例えば、以下のように接続できる。すなわち、まず、導入管１２の外径と略同等の外径の第１のチューブを、第１のチューブの貫通孔と導入管１２の貫通孔とが連通するように導入管に隣接させる。次いで、第１のチューブと導入管１２とに、第１のチューブの外径および導入管１２の外径と略同等の孔径を有する第２のチューブを被せて、それらを接続する。このように第１のチューブを接続し、第１のチューブの貫通孔に他の配管を接続する。他の配管の外径が第１のチューブの貫通孔の孔径より小さい場合には、第１のチューブの貫通孔内に、他の配管の外径と略同等の孔径を有する第３のチューブを挿入して対応させることができる。
排出管１３に他の配管を接続する際にも上記接続方法と同様の方法を採ることができる。

（電源およびアースの接続）
上記オゾン発生器１は、以下のようにして電源ＰおよびアースＥに接続される。
金属棒２０のねじ溝２１に、電源接続用配線２２の一端に取り付けられた座金２３を挟持するように２つのナット２４，２４を螺着し、電源接続用配線２２の他端に電源Ｐを接続する。このように金属棒２０に電源Ｐを接続することによって、金属棒２０は一方の電極になる。
また、導電膜４０に、アース接続用配線４１を介してアースＥを接続する。これにより、導電膜４０は他方の電極になる。

（オゾン発生方法）
オゾン発生器１を用いてオゾンを発生させるためには、導入管１２から酸素含有ガスを放電管１１内に導入させて、放電管１１内を通過させる。ここで、酸素含有ガスとしては、例えば、酸素、空気などが挙げられる。
また、金属棒２０と導電膜４０とを印加し、これらの間で無声放電を生じさせて、酸素からオゾンを発生させる。
その際の印加電圧は６〜１０ｋＶであることが好ましい。印加電圧が６ｋＶ以上であれば、充分に無声放電を生じさせることができ、充分量のオゾンを発生させることができ、１０ｋＶ以下であれば、電源Ｐ、電源接続用配線２２およびアース接続用配線４１として汎用品を使用できる。
また、放電管１１内の絶対圧力は１０〜８０ｋＰａであることが好ましい。絶対圧力が１０ｋＰａ以上であれば、充分量のオゾンを発生させることができ、８０ｋＰａ以下であれば、無声放電を容易に生じさせることができる。
そして、放電管１１内で発生させたオゾンを、排出管１３を介して放電管１１から排出させて、オゾンを使用する他の装置に供給する。
上記オゾン発生方法は連続的に行うことができる。

（作用効果）
上述したオゾン発生器１では、小型であるにもかかわらず、金属棒２０の外周面と放電管１１の内周面との間隔を一定にしながら、振動等の影響を受けないように金属棒２０を放電管１１に固定できる。そのため、電気的ノイズの発生を抑制でき、また、放電を安定化させて、オゾンを一定に発生させることできる。なお、放電管１１の内部は通常減圧されているから、第１の固定用チューブ３０ａおよび第２の固定用チューブ３０ｂによる封止でも、放電管１１からのオゾンの流出を防止できる。
また、オゾンに接するのは、配管部材１０、金属棒２０、第１の固定用チューブ３０ａおよび第２の固定用チューブ３０ｂである上に、第１の固定用チューブ３０ａおよび第２の固定用チューブ３０ｂがフッ素樹脂製であるため、耐オゾン性が高い。ところで、フッ素樹脂は硬い樹脂であり、しかも配管部材１０および金属棒２０には寸法誤差があるため、放電管１１と金属棒２０との間に挟持する固定用チューブの外径が一定であると、固定用チューブを挿入した際にガラス製の配管部材１０を破損させるおそれがある。しかし、本実施形態では、第１の固定用チューブ３０ａおよび第２の固定用チューブ３０ｂが、放電管１１の中央側に向かうにつれて縮径しているため、第１の固定用チューブ３０ａおよび第２の固定用チューブ３０ｂを挿入した際の配管部材１０の破損が防止されている。

（その他の実施形態）
なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、キャップ５０と金属棒支持部材６０を備えていたが、これらの一方または両方を備えていなくてもよい。
また、導電膜４０は、放電管１１の、ガスが通過する部分の外周面１１ｃの少なくとも一部に形成されていればよい。
また、第２の固定用チューブ３０ｂは放電管１１からはみ出ていなくてもよい。
また、金属棒２０にアースＥを接続し、導電膜４０に電源Ｐを接続しても構わない。

（用途）
本発明のオゾン発生器は、一酸化窒素とオゾンとの反応の際に生じる化学発光によって濃度測定する化学発光式窒素酸化物計に好適に具備される。

本発明のオゾン発生器の一実施形態を説明する図である。 図１に示すオゾン発生器の要部を拡大した図である。 図１に示すオゾン発生器の要部を拡大した図である。 図１に示すオゾン発生器を構成するキャップを示す断面図である。 図１に示すオゾン発生器を構成する金属棒支持部材を示す断面図である。 従来のオゾン発生器の一例を説明する図である。

符号の説明

１ オゾン発生器
１０ 配管部材
１１ 放電管
１１ａ，１１ｂ 端部
１１ｃ 外周面
１１ｄ，１１ｅ 先端
１２ 導入管
１３ 排出管
２０ 金属棒
２１ ねじ溝
２２ 電源接続用配線
２３ 座金
２４ ナット
３０ａ 第１の固定用チューブ
３０ｂ 第２の固定用チューブ
３１ａ 先端
４０ 導電膜
４１ アース接続用配線
５０ キャップ
５１ 凹部
６０ 金属棒支持部材
６１ 貫通孔
６１ａ 第１の孔
６１ｂ 第２の孔
６１ｃ 第３の孔
Ｅ アース
Ｐ 電源

Claims (1)

1. 放電管、該放電管にガスを導入させる導入管、および前記放電管からガスを排出させる排出管を有するガラス製の配管部材と、
   前記放電管の孔径より直径が小さく、放電管に挿入された金属棒と、
   前記放電管の端部および金属棒との間に挟持されているフッ素樹脂製の固定用チューブと、
   前記放電管の、ガスが通過する部分の外周面の少なくとも一部に形成された導電膜とを備え、
   前記固定用チューブは、放電管の中央側の端部の外径が、放電管の中央側に向かうにつれて縮径していることを特徴とするオゾン発生器。

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