(57)【要約】【課題】この発明は、簡単な構造で異常放電を確実に検出し、電源回路等を保護することを目的とする。【解決手段】放電リアクタ装置１０は、放電管１２、筒状電極１４、線状電極１６、電源回路１８および診断回路２０を備える。線状電極１６は、周囲の部位よりも早期に溶断する溶断部１６Ｂと、自由状態において径方向に変形する変形可能部１６Ｃとを備える。アーク放電等の異常放電が生じたときには、線状電極１６が溶断して変形可能部１６Ｃが径方向に変形することにより、筒状電極１４と線状電極１６との間に設けられたギャップの寸法が変化する。診断回路２０は、このギャップの寸法変化により異常放電を検出し、電源停止等の手段により電源回路１８を保護することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギャップを挟んで対向する一対の電極と、
前記一対の電極間で放電を行うために、該各電極間に電圧を印加する電源手段と、
前記一対の電極のうち少なくとも片方の電極に設けられ、異常放電が生じたときに前記ギャップの寸法を変化させるギャップ可変手段と、
前記ギャップの寸法に対応するパラメータを検出し、当該検出結果に基いて放電が正常であるか否かを診断する診断手段と、
を備えることを特徴とする放電リアクタ装置。
【請求項２】
前記一対の電極は、中心軸線を有する筒状に形成された筒状電極と、前記筒状電極の内周側に配置されると共に前記中心軸線に沿って延びた線状電極とからなり、
前記線状電極は、
通常よりも大きな電流が流れたときに周囲の部位よりも早期に溶断する溶断部と、
前記ギャップ可変手段を構成し、前記溶断部が溶断したときに前記筒状電極に向けて径方向に変形する変形可能部と、
を備えてなる請求項１に記載の放電リアクタ装置。
【請求項３】
前記線状電極の変形可能部は、前記溶断部が溶断したときにコイルスプリング状に湾曲しつつ拡径する構成としてなる請求項２に記載の放電リアクタ装置。
【請求項４】
前記線状電極の変形可能部は、前記溶断部が溶断したときに径方向に湾曲する構成としてなる請求項２に記載の放電リアクタ装置。
【請求項５】
前記診断手段は、
前記一対の電極間で放電が行われたときの電圧及び電流を前記パラメータとして検出する検出手段と、
前記電圧及び電流に基いて電力を算出し、当該電力を所定時間にわたって積算することにより積算電力を算出する電力積算手段と、
前記積算電力が所定の基準値以上であるか否かを判定する電力判定手段と、
を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の放電リアクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極間の放電によりオゾン、プラズマ等を発生させるのに好適に用いられる放電リアクタ装置に関し、特に、電極の異常診断を行うことが可能な放電リアクタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００７−１６９１３４号公報）に開示されているように、放電管にパルス電圧を印加してオゾンを発生させるオゾン発生装置が知られている。この種の従来技術によるオゾン発生装置は、２重の筒状に配置された一対の電極を備えており、これらの電極は径方向のギャップを挟んで互いに対向している。そして、オゾン発生装置の作動時には、電源回路により発生した高電圧パルスを一対の電極間に印加し、電極間に放電を生じさせる。これにより、放電管内に導入された空気中の酸素からオゾンを得ることができる。また、従来技術のオゾン発生装置は、電極に異常電流が流れるのを防止するためのヒューズを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６９１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、オゾンを発生させるときに、電極間の各部位で放電が均等に生じることが好ましいものの、実際には放電が局部的に偏って発生し、アーク放電等の異常放電が生じる場合がある。このような異常放電は、電源回路等の故障原因となり易いので、速やかに検出して対処することが望ましい。しかしながら、パルス電圧による異常放電は、例えばナノ秒程度の極めて短い時間に生じることが多いため、これを電流の変化により検出するのは難しいという問題がある。また、アーク放電の場合には、これを電圧の変化により検出するのも困難である。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、簡単な構造で異常放電を確実に検出し、電源回路等を保護することができ、信頼性を向上させることが可能な放電リアクタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、ギャップを挟んで対向する一対の電極と、
前記一対の電極間で放電を行うために、該各電極間に電圧を印加する電源手段と、
前記一対の電極のうち少なくとも片方の電極に設けられ、異常放電が生じたときに前記ギャップの寸法を変化させるギャップ可変手段と、
前記ギャップの寸法に対応するパラメータを検出し、当該検出結果に基いて放電が正常であるか否かを診断する診断手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明によると、前記一対の電極は、中心軸線を有する筒状に形成された筒状電極と、前記筒状電極の内周側に配置されると共に前記中心軸線に沿って延びた線状電極とからなり、
前記線状電極は、
通常よりも大きな電流が流れたときに周囲の部位よりも早期に溶断する溶断部と、
前記ギャップ可変手段を構成し、前記溶断部が溶断したときに前記筒状電極に向けて径方向に変形する変形可能部と、
を備える構成としている。
【０００８】
第３の発明によると、前記線状電極の変形可能部は、前記溶断部が溶断したときにコイルスプリング状に湾曲しつつ拡径する構成としている。
【０００９】
第４の発明によると、前記線状電極の変形可能部は、前記溶断部が溶断したときに径方向に湾曲する構成としている。
【００１０】
前記診断手段は、
前記一対の電極間で放電が行われたときの電圧及び電流を前記パラメータとして検出する検出手段と、
前記電圧及び電流に基いて電力を算出し、当該電力を所定時間にわたって積算することにより積算電力を算出する電力積算手段と、
前記積算電力が所定の基準値以上であるか否かを判定する電力判定手段と、
を備える構成としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、例えばアーク放電等の異常放電が電極間のギャップに生じた場合には、ギャップ可変手段によりギャップの寸法を変化させることができる。これにより、診断手段は、ギャップの寸法に対応するパラメータを検出し、このパラメータに基いて放電が正常であるか否かを診断することができる。従って、簡単な構造で異常放電を迅速かつ確実に検出し、検出結果に基いて電源停止等の適切な処置を行うことができ、信頼性を向上させることができる。
【００１２】
第２の発明によれば、線状電極の製造工程等において、変形可能部には、例えば自由状態となったときに筒状電極に向けて径方向に変形する性質（癖）を付与しておくことができる。そして、放電リアクタ装置の作動時において、異常放電により線状電極に大きな電流が流れたときには、溶断部の位置で線状電極を速やかに溶断させることができ、これにより変形可能部を径方向に変形させることができる。従って、異常放電時には、線状電極の変形可能部により電極間のギャップの寸法を減少させることができる。
【００１３】
第３の発明によれば、変形可能部は、線状電極の溶断時にコイルスプリング状に湾曲しつつ拡径することができる。これにより、コイルスプリング状に変形した変形可能部の長さ寸法の範囲において、ギャップの寸法を確実に減少させることができる。従って、診断手段によりギャップの寸法変化を安定的に検出することができる。
【００１４】
第４の発明によれば、変形可能部は、線状電極の溶断時に径方向に湾曲することができる。従って、比較的簡単な工程により変形可能部を容易に形成することができる。
【００１５】
第５の発明によれば、異常放電が生じた場合には、ギャップの寸法変化に伴って放電エネルギーが変化するから、この放電エネルギーが反映される積算電力に基いて、異常放電が生じたか否かを判定することができる。しかも、積算電力は一定期間の放電エネルギーの総量に対応しているから、正常放電と異常放電の差異が大きく反映される。即ち、電圧や電流の瞬間的な変化を検出して異常判定を行うことが難しい場合でも、積算電力を用いて判定を行うことにより、正常放電と異常放電とを確実に区別することができ、高い判定精度を得ることができる。しかも、ノイズ等の外乱により電圧や電流の検出値が瞬間的に乱れたとしても、積算電力が受ける影響は比較的小さいので、判定動作のロバスト性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１による放電リアクタ装置を説明するための構成図である。
【図２】図１中の放電管を矢示Ａ−Ａ方向からみた断面図である。
【図３】放電リアクタ装置の線状電極が溶断した状態を示す構成図である。
【図４】図３中の放電管を矢示Ｂ−Ｂ方向からみた断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、放電リアクタ装置の異常検出処理を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１において、放電時の異常検出処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２による放電リアクタ装置を説明するための構成図である。
【図８】図７中の線状電極が溶断した状態を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図６を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１による放電リアクタ装置を説明するための構成図である。また、図２は、図１中の放電管を矢示Ａ−Ａ方向からみた断面図である。これらの図に示すように、放電リアクタ装置１０は、放電管１２、筒状電極１４及び線状電極１６を備えている。放電管１２は、絶縁性材料により円筒状に形成され、軸方向の両側が閉塞されている。なお、図１は、放電管１２をその中心軸線に沿って破断した断面図となっている。
【００１８】
筒状電極１４は、放電管１２の内周面に沿って配置された金属膜等からなり、中心軸線を有する円筒状に形成されている。また、線状電極１６は、細長い金属片や金属線等を用いて直線状に形成されている。そして、線状電極１６は、筒状電極１４の内周側に配置され、筒状電極１４と絶縁された状態で前記中心軸線に沿って延びている。即ち、筒状電極１４と線状電極１６とからなる一対の電極は、放電管１２（筒状電極１４）の内径にほぼ対応した寸法のギャップＧ1を挟んで、互いに径方向で対向している。なお、線状電極１６の構造は、本実施の形態の特徴事項の一つであり、その詳細については後述する。
【００１９】
また、本実施の形態において、筒状電極１４は接地された陰極（カソード）として用いられ、線状電極１６は、後述の電源回路１８に接続された陽極（アノード）として用いられている。しかし、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、筒状電極１４を陽極として使用し、線状電極１６を陰極として使用する構成としてもよい。
【００２０】
さらに、放電リアクタ装置１０は、電源手段としての電源回路１８と、診断手段としての診断回路２０とを備えている。電源回路１８は、一般的に公知なパルス発生回路等によって構成されており、その出力端子は線状電極１６に接続されている。電源回路１８の接地端子は、筒状電極１４と一緒に接地されている。そして、電源回路１８は、所定の波形をもつ高電圧パルスを出力し、電極１４，１６間に高電圧を印加する。
【００２１】
診断回路２０は、マイクロコンピュータ等によって構成されており、電源回路１８の出力端子と接地端子との間の電圧を検出する電圧検出機能と、これらの端子間に流れる電流を検出する電流検出機能と、前記電流及び電圧の検出値に基いて所定の演算処理を実行する演算処理機能とを備えている。そして、診断回路２０は、放電リアクタ装置１０の作動時に、後述の異常検出処理を行うように構成されている。
【００２２】
このように構成される放電リアクタ装置１０においては、電源回路１８により筒状電極１４と線状電極１６との間に高電圧パルスが印加されると、２つの電極１４，１６間に放電が生じる。この放電により、電極１４，１６間に存在する空気中の酸素をオゾン化し、オゾンを発生することができる。なお、放電管１２の内部に空気を供給する機構、および放電管１２内で発生したオゾンを収集する機構については、一般的に公知な技術であるため、本実施の形態では、これらの機構の説明を省略している。
【００２３】
［線状電極の構造］
次に、線状電極１６の構造について説明する。図１に示すように、線状電極１６は、電源接続部１６Ａ、溶断部１６Ｂ及び変形可能部１６Ｃを備えている。電源接続部１６Ａは、線状電極１６のうち放電管１２の端部側に配置された部位により構成され、電源回路１８の出力端子に接続されている。また、溶断部１６Ｂは、線状電極１６の長さ方向の途中部位を細幅化することにより形成されている。即ち、溶断部１６Ｂの幅寸法Ｗ1は、周囲の部位（溶断部１６Ｂ以外の部位）の幅寸法Ｗ2よりも細幅に形成されている（Ｗ1＜Ｗ2）。このため、アーク放電等の異常放電により、通常よりも大きな電流が線状電極１６に流れた場合には、細幅であるために電気的な抵抗値が大きい溶断部１６Ｂの位置で、電流による発熱が顕著となる。従って、溶断部１６Ｂは、異常放電が生じたときに周囲の部位よりも早期に溶断するように構成されている。
【００２４】
一方、変形可能部１６Ｃは、線状電極１６のうち電源接続部１６Ａと溶断部１６Ｂとの間に位置する部位、即ち、線状電極１６（溶断部１６Ｂ）が溶断した場合でも電源接続部１６Ａと接続した状態が保持される部位により構成されている。そして、変形可能部１６Ｃは、図１及び図２に示すように、線状電極１６が非溶断状態のときに、直線状に延びた形状を保持している。しかし、変形可能部１６Ｃは、図３及び図４に示すように、線状電極１６が溶断したときに、例えばコイルスプリング状に湾曲しつつ拡径し、筒状電極１４に向けて径方向に変形する構成となっている。ここで、図３は、放電リアクタ装置の線状電極が溶断した状態を示す構成図であり、図４は、図３中の放電管を矢示Ｂ−Ｂ方向からみた断面図である。
【００２５】
より詳しく述べると、線状電極１６は、例えばばね性を有する金属材料によって形成されており、その製造工程等において、変形可能部１６Ｃには、例えば自由状態となったときにコイルスプリング状に湾曲する性質（癖）が付与されている。そして、線状電極１６は、長さ方向に張力を付加されることにより、変形可能部１６Ｃが直線状に弾性変形した状態で放電管１２内に配置されている。
【００２６】
従って、線状電極１６の溶断時には、自由状態となった変形可能部１６Ｃがコイルスプリング状に拡径し、電極１４，１６間の間隔寸法がギャップＧ1からＧ2に減少する（Ｇ1＞Ｇ2）。このように、変形可能部１６Ｃは、線状電極１６の溶断時にギャップの寸法を変化させるギャップ可変手段を構成している。これにより、線状電極１６の溶断時には、電極１４，１６間の放電特性がギャップＧ2に応じたものに変化するので、診断回路２０は、以下に述べるように、放電時の特性変化に基いて異常放電を検出することができる。
【００２７】
［放電時の異常検出処理］
異常検出処理において、診断回路２０は、前記ギャップの寸法に対応するパラメータとして電極１４，１６間の電圧及び電流を検出し、その検出結果に基いて放電が正常であるか否かを診断する。図５は、本発明の実施の形態１において、放電リアクタ装置の異常検出処理を示すタイミングチャートである。図５中の上段に位置する特性線図は、電極１４，１６間の電圧及び電流を示している。
【００２８】
図５において、まず、正常な放電が行われている場合には、線状電極１６が溶断されておらず、電極１４，１６間には正常時のギャップＧ1が保持されている。このため、電圧及び電流のパルス波形は、図５に示すように、ギャップＧ1に対応した正常なピーク値を有している。これに対し、アーク放電等の異常放電が生じた場合には、線状電極１６が溶断されるので、電極間隔がギャップＧ2に減少し、その分だけ小さな電圧及び電流でも放電が生じるようになる。この結果、前記パルス波形のピーク値は、正常時よりも小さな異常値となる。
【００２９】
そこで、異常検出処理では、まず、放電時に検出した電圧及び電流の検出値に基いて電力Ｐを算出する。そして、図５中の下段に示すように、電力Ｐを所定時間にわたって積算することにより、積算電力ΣＰを算出する。異常放電時には、ギャップの寸法変化に伴って放電エネルギーが変化するから、放電エネルギーが反映される積算電力ΣＰも変化する。具体的に述べると、異常時の放電エネルギーは、正常時と比較して電極間のギャップが減少した分だけ小さくなるから、積算電力ΣＰが所定の基準値Ｐ0以上であるか否かを判定することにより、放電状態を判定することができる。なお、基準値Ｐ0は、正常な放電時に得られる積算電力に基いて設定されるもので、診断回路２０に予め記憶されている。
【００３０】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図６は、本発明の実施の形態１において、放電時の異常検出処理を示すフローチャートである。図６に示すルーチンでは、まず、異常フラグが「１」にセットされているか否かを判定する（ステップ１００）。異常フラグとは、診断回路２０に更新可能に記憶されたフラグであり、異常放電を検出したときにセットされる。判定以前の放電が正常であり、ステップ１００の判定が成立した場合には、前述したように放電時の電圧及び電流を検出し、電力Ｐを算出する（ステップ１０２，１０４）。
【００３１】
そして、電力Ｐの算出処理を所定時間にわたって実行しつつ、その算出値を積算することにより、積算電力ΣＰを算出する（ステップ１０６）。次に、積算電力ΣＰが基準値Ｐ0以上であるか否かを判定する（ステップ１０８）。この判定成立時には、積算電力ΣＰが十分に大きいので、正常な放電が行われているものと判断し、電源回路１８を作動させた状態で前記ステップ１００〜１０８の処理を繰返し実行する。
【００３２】
一方、ステップ１０８の判定が不成立のときには、積算電力ΣＰが正常時の値よりも小さいので、異常放電が生じたものと判断し、異常フラグを「１」にセットする（ステップ１１０）。これにより、次サイクルの処理では、ステップ１００の判定が不成立となるので、電源回路１８を停止する（ステップ１１２）。
【００３３】
上述したように、本実施の形態によれば、異常放電が生じた場合には、線状電極１６を溶断部１６Ｂの位置で速やかに溶断させることができる。これにより、変形可能部１６Ｃを径方向に変形させ、電極１４，１６間のギャップの寸法を減少させることができる。この場合、変形可能部１６Ｃは、線状電極１６の溶断時にコイルスプリング状に拡径することができるから、コイルスプリング状に変形した変形可能部１６Ｃの長さ寸法の範囲において、ギャップの寸法を確実に減少させることができる。従って、診断回路２０は、ギャップの寸法変化を積算電力ΣＰとして安定的に検出することができ、この積算電力ΣＰに基いて放電が正常であるか否かを診断することができる。
【００３４】
しかも、積算電力ΣＰは、一定期間の放電エネルギーの総量に対応しているから、正常放電と異常放電の差異が大きく反映される。即ち、電圧や電流の瞬間的な変化を検出して異常判定を行うことが難しい場合でも、積算電力ΣＰを用いて判定を行うことにより、正常放電と異常放電とを確実に区別することができ、高い判定精度を得ることができる。また、ノイズ等の外乱により電圧や電流の検出値が瞬間的に乱れたとしても、積算電力ΣＰが受ける影響は比較的小さいので、判定動作のロバスト性を向上させることができる。従って、本実施の形態によれば、簡単な構造で異常放電を迅速かつ確実に検出し、検出結果に基いて電源停止等の適切な処置を行うことができ、信頼性を向上させることができる。
【００３５】
実施の形態２．
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態による放電リアクタ装置３０は、実施の形態１とほぼ同様に構成されているものの、線状電極３２が溶断したときの形状が実施の形態と異なっている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３６】
［実施の形態２の特徴］
図７は、本発明の実施の形態２による放電リアクタ装置を説明するための構成図である。また、図８は、図７中の線状電極が溶断した状態を示す構成図である。線状電極３２は、実施の形態１とほぼ同様に、ばね性を有する金属材料によって形成されており、電源接続部３２Ａ、溶断部３２Ｂ及び変形可能部３２Ｃを備えている。しかし、変形可能部３２Ｃは、溶断部３２Ｂが溶断したときに、筒状電極１４に向けて径方向に湾曲する性質（癖）を有している。このため、線状電極３２の溶断時には、自由状態となった変形可能部３２Ｃが反り返るように径方向に湾曲し、電極１４，２２間の間隔寸法がギャップＧ1からＧ3に減少するように構成されている（Ｇ1＞Ｇ3）。
【００３７】
従って、このように構成される本実施の形態でも、実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、本実施の形態では、線状電極３２の溶断時に、変形可能部３２Ｃが径方向に湾曲する構成としたので、比較的簡単な工程によって変形可能部３２Ｃを容易に形成することができる。
【００３８】
なお、実施の形態１では、図６中のステップ１０２が検出手段の具体例を示し、ステップ１０４，１０６が電力積算手段の具体例を示している。また、ステップ１０８は、電力判定手段の具体例を示している。
【００３９】
また、実施の形態では、片方の電極である線状電極１６，３２にのみ、ギャップ可変手段である変形可能部１６Ｃ，３２Ｃを設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば筒状電極１４に対して、異常放電時にギャップの寸法を変化させる機構を設ける構成としてもよく、この機構を変形可能部１６Ｃ，３２Ｃと併用してもよい。
【００４０】
また、実施の形態では、線状電極１６，３２の溶断部１６Ｂ，３２Ｂを、周囲の部位よりも細幅化することにより形成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば線状電極の溶断部をステンレス等の比較的融点が低い金属材料により形成し、溶断部以外の部位をタングステン等の比較的融点が高い金属材料により形成してもよい。
【００４１】
さらに、実施の形態では、ギャップの寸法に対応するパラメータとして電圧及び電流を用い、これらのパラメータに基いて放電状態を診断する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば電極間の静電容量をギャップの寸法に対応するパラメータとして検出し、静電容量の大きさに基いて放電状態を診断する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０，３０  放電リアクタ装置
１２  放電管
１４  筒状電極
１６，３２  線状電極
１６Ａ，３２Ａ  電源接続部
１６Ｂ，３２Ｂ  溶断部
１６Ｃ，３２Ｃ  変形可能部（ギャップ可変手段）
１８  電源回路（電源手段）
２０  診断回路（診断手段）
Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3  ギャップ
Ｗ1，Ｗ2  幅寸法
【図１】
2010182502.tif 000003
【図２】
2010182502.tif 000004
【図３】
2010182502.tif 000005
【図４】
2010182502.tif 000006
【図５】
2010182502.tif 000007
【図６】
2010182502.tif 000008
【図７】
2010182502.tif 000009
【図８】
2010182502.tif 000010