(57)【要約】【課題】オゾン発生装置において、アーク放電への遷移を防止し、高効率にオゾンを生成する。【解決手段】オゾン発生装置（１００）は、パルス電圧を生成するパルス生成手段及び前記生成されたパルス電圧のパルス幅を調整可能な磁気スイッチ（ＳＩ２）を少なくとも含むパルス生成装置（１１０）と、前記パルス幅が調整されたパルス電圧が印加される複数の電極（１２１Ａ、１２１Ｂ、１２２）を備え、前記パルス幅が調整されたパルス電圧が印加されることにより前記複数の電極間に放電を生じると共に、該放電を生じた電極間に外部から酸素を含む原料ガスが供給されることによりオゾンを生成する放電反応器（１２０）とを具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス電圧を生成するパルス生成手段及び前記生成されたパルス電圧のパルス幅を調整可能な磁気スイッチを少なくとも含むパルス生成装置と、
前記パルス幅が調整されたパルス電圧が印加される複数の電極を備え、前記パルス幅が調整されたパルス電圧が印加されることにより前記複数の電極間に放電を生じると共に、該放電を生じた電極間に外部から酸素を含む原料ガスが供給されることによりオゾンを生成する放電反応器と
を具備することを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
前記電極間に前記原料ガスを供給する供給手段を更に具備する
ことを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
【請求項３】
前記原料ガスにおける酸素の供給量を特定する特定手段と、
前記酸素の供給量の大小が夫々大小に対応するように前記特定された供給量に応じて前記パルス生成装置におけるパルス繰り返し回数を制御する制御手段と
を更に具備する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
前記磁気スイッチは、前記放電反応器に対し電気的に並列配置されており、
前記パルス生成装置は、前記磁気スイッチにおけるスイッチング状態の切り替わりに要する時間によって前記パルス幅が調整されるように構成されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のオゾン発生装置。
【請求項５】
前記パルス生成装置は、所定のリセット電流に応じて前記スイッチング状態の切り替わりに要する時間を調整可能なリセット回路を更に具備する
ことを特徴とする請求項４に記載のオゾン発生装置。
【請求項６】
前記パルス幅は、前記放電期間以上であり且つ前記放電期間との差が所定値以下となるように調整される
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のオゾン発生装置。
【請求項７】
前記パルス生成手段は、前記パルス電圧の基準となる基準パルス電圧を生成する基準パルス生成回路と、該基準パルス電圧を磁気パルス圧縮する磁気パルス圧縮回路とを含む
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のオゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電によりオゾンを発生させるオゾン発生装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、磁気パルス圧縮回路と放電管とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたオゾン発生装置によれば、放電管を、外周電極と、スパイラル電極と、棒状の中心電極とから構成し、当該スパイラル電極を高電圧印加用の電極とすることにより、ストリーマ放電の発生効率を高めることが可能であるとされている。
【０００３】
尚、特許文献２には、このようなオゾン発生装置をＮＯｘ処理装置に用いる例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６１５０９号公報
【特許文献２】特開２００５−２２２７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されるオゾン発生装置においては、電極に印加されるパルス電圧のパルス幅は一定である。一方、オゾン生成に最も適したパルス幅は、原料ガス或いは放電反応器の物理的又は電気的状態に応じて変化する。このため、特許文献１に開示されるオゾン発生装置を含む、当該パルス幅が一定である旧来の装置においては、パルス幅が予め一のオゾン生成環境に最適化されていたところで、電極間で生じる放電が、オゾン生成に適したストリーマ放電から、殆どオゾン生成に寄与しないアーク放電へ遷移する事態を回避することが困難である。
【０００６】
他方、特許文献１に開示されたオゾン発生装置においては、電気的に不安定なアーク放電から放電反応器を保護すべく、中心電極とスパイラル電極との間に絶縁体が配されている。然るに、このような絶縁構造を構築したところで、アーク放電による絶縁体の過剰な発熱或いは物理的な破損等に起因する放電反応器の故障を確実に防止することは実践上困難である。また、このような絶縁体を介した放電では、絶縁体の発熱等にエネルギを奪われるため、エネルギ効率が低くなり、高効率なオゾン生成が難しくなる。このように、特許文献１に開示されるオゾン発生装置を含む、アーク放電への遷移を確実に防止し得ない旧来のオゾン発生装置には、耐久性の担保及び効率的なオゾン生成が困難であるという技術的な問題点がある。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、アーク放電への遷移を防止し、高効率にオゾンを生成することが可能なオゾン発生装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係るオゾン発生装置は、パルス電圧を生成するパルス生成手段及び前記生成されたパルス電圧のパルス幅を調整可能な磁気スイッチを少なくとも含むパルス生成装置と、前記パルス幅が調整されたパルス電圧が印加される複数の電極を備え、前記パルス幅が調整されたパルス電圧が印加されることにより前記複数の電極間に放電を生じると共に、該放電を生じた電極間に外部から酸素を含む原料ガスが供給されることによりオゾンを生成する放電反応器とを具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るオゾン発生装置によれば、パルス生成装置から供給されるパルス電圧が、放電反応器の電極間に印加される。尚、「電圧が印加される」とは、高圧側の電極と低圧側の電極との間に電位差が与えられることを意味する。電極間にパルス電圧が印加されると、電極間に酸化分解力の高いストリーマ放電が生じ、原料ガスに含まれる酸素（Ｏ２）から、一種の活性酸素であるオゾン（Ｏ３）が生成される。
【００１０】
尚、本発明に係る「原料ガス」とは、酸素を含むガスを包括する概念であって、その実践的態様は、例えば酸素ボンベや酸素タンク等の然るべき貯留手段から、然るべき供給系統（配管、シーリング、減圧弁及び流量調整弁等）を適宜介して供給される比較的高純度の酸素ガスであってもよいし、例えば外界空間等から然るべき導入装置（例えば、ガスコンプレッサ等）を用いて導入された空気や各種酸素含有ガスであってもよい趣旨である。
【００１１】
ここで、オゾンを高効率に生成しようとする場合、電極間に印加されるパルス電圧のパルス幅（尚、パルス幅とは、時間軸上で規定される幅である）が重要な要素となる。例えば、一般的に、パルス幅が大きい（即ち、パルス電圧の印加時間が長い）と、ストリーマ放電からアーク放電への遷移が生じ易くなるが、アーク放電はオゾン生成に殆ど寄与しないため、このようなアーク放電への遷移が生じた場合にはオゾン生成量の著しい減少を招き得る。一方で、このようなアーク放電への遷移を回避するためにパルス幅を小さくし過ぎれば、当然ながら放電期間が短くなって、オゾン生成量が担保され難い。
【００１２】
ところが、オゾンを高効率に生成するための最適なパルス幅は、各種の条件、例えば原料ガスの状態（例えば、濃度、流量或いは流速等）、気象条件（温度や圧力等）及び放電反応器の構成（電極の材質、構成或いは構造等）や状態（経年変化や劣化状態等）に応じて実践上無視し得ない規模で変化し得る。
【００１３】
従って、例えば、パルス生成装置を構成するパルス生成手段、例えば、磁気パルス圧縮回路やその周辺回路等を構成する各種電気的素子や電気的デバイスのスペック或いは回路構成等を、一の条件に対し最適化したところで、多様に変化する条件に対して常時所望のパルス幅のパルス電圧を生成することは実践上殆ど不可能である。
【００１４】
そこで、本発明に係るオゾン発生装置は、パルス生成装置が、パルス生成手段と放電反応器との間の信号伝達経路に、パルス生成手段により生成されたパルス電圧のパルス幅を調整可能な、例えば可飽和リアクトル等の各種態様を有し得る磁気スイッチを備える構成となっている。
【００１５】
本発明に係るオゾン発生装置によれば、この磁気スイッチのスイッチング特性を変化させることにより、例えば予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて決定され得る、上述した各種の条件に応じて変化し得るオゾン生成に最適なパルス幅を得ることが、容易にして可能となる。
【００１６】
尚、本発明に係るパルス生成装置とは、その実践上の好適な一形態としては、一種の電源装置であり、本発明に係る磁気スイッチは、好適な一形態として、当該電源装置の一部として当該電源装置に内蔵される構成を採る。
【００１７】
以上説明したように、本発明に係るオゾン発生装置によれば、磁気スイッチを備えたパルス生成装置の作用により、電極に対し、その都度変化し得る各種の条件に応じた最適なパルス幅でパルス電圧を印加することができる。このため、放電期間を担保した上で、アーク放電への遷移を生じない安定したストリーマ放電を得ることが可能となる。また、アーク放電への遷移を回避し得る点に鑑みれば、電極周囲に絶縁体は不要であるか、その構造規模は著しく小さくて済み、且つ絶縁体の破損又は損壊を懸念する必要もなくなるため、コストの増加を好適に抑制し得る。更には、投入エネルギの一部が絶縁体におけるジュール熱へ変換されることによるエネルギ損失も回避することができるため、エネルギ効率を好適に向上させることが可能となる。即ち、安定且つ高効率なオゾン生成が可能となるのである。
【００１８】
尚、本発明に係るオゾン発生装置は、オゾンを必要とする広範な技術分野へ適用可能であることは言うまでもなく、本発明に係るオゾン発生装置の技術的意義は明確である。例えば、本発明に係るオゾン発生装置は、生活排水や工業排水等の各種水処理（例えば、浄化、脱臭、消臭及び殺菌等を含む）、或いは自動車等における排気浄化処理（例えば、酸化触媒の活性促進によるＰＭの酸化燃焼促進）等にも好適に利用可能である。
【００１９】
本発明に係るオゾン発生装置の一の態様では、前記電極間に前記原料ガスを供給する供給手段を更に具備する。
【００２０】
この態様によれば、オゾン発生装置が、電極間に原料ガスを供給する供給手段を備えた構成を採るため、原料ガスの流量、流速或いは原料ガス中の酸素濃度の制御が比較的容易となり、磁気スイッチによるパルス幅の可変作用とあいまって、極めて安定したオゾン生成が可能となる。
【００２１】
本発明に係るオゾン発生装置の他の態様では、前記原料ガスにおける酸素の供給量を特定する特定手段と、前記酸素の供給量の大小が夫々大小に対応するように前記特定された供給量に応じて前記パルス生成装置におけるパルス繰り返し回数を制御する制御手段とを更に具備する。
【００２２】
この態様によれば、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る特定手段により、原料ガスにおける酸素の供給量が特定される。
【００２３】
尚、本発明に係る「特定」とは、検出、算出、推定、同定、導出、選択及び取得等、最終的に制御上参照し得る情報として確定させることを包括する概念であって、そのためのプロセスは、直接的又は間接的の別を問わず如何様にも限定されない趣旨である。尚、特定手段により特定される「原料ガスにおける酸素の供給量」とは、一定又は不定期間における酸素の総供給量であっても、単位時間当たりの酸素の供給量（即ち、供給速度）であってもよく、更には、原料ガス中の酸素濃度が一定若しくは一定とみなし得る程度に安定していれば、或いは既知であれば、原料ガスの供給量によって代替されてもよい（原料ガスが酸素ガスであれば、無論、原料ガスの供給量そのものであってよい）。
【００２４】
一方、原料ガスにおける酸素の供給量が特定されると、例えば、一又は複数のＣＰＵ、ＭＰＵ、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ、ＲＡＭ、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る制御手段により、この特定された供給量に応じてパルス繰り返し回数が制御される。この「パルス繰り返し回数」とは、一定又は不定のオゾン生成期間におけるパルス電圧の発生回数、或いは単位時間当たりのパルス電圧の発生回数等、その大小がオゾン生成量の大小と夫々相関する指標値を意味する。
【００２５】
ここで、制御手段は、酸素の供給量の大小（酸素濃度が略一定であれば、原料ガスの供給量の大小に等しい）が、夫々パルス繰り返し回数の大小に一対一、一対多、多対一又は多対多に対応するように、パルス生成装置を制御する。従って、この態様によれば、酸素の供給量が比較的多い場合には、オゾン生成に供される期間が長くなり、反対に、酸素の供給量が比較的少ない場合には、オゾン生成に供される期間が短くなって、酸素の供給量に応じた高効率なオゾン生成が促進される。
【００２６】
尚、このように酸素の供給量の大小が結果的にオゾン生成量の大小に夫々対応し得る点に鑑みれば、制御手段が、或いは制御手段とは異なる他の手段が、その時点のオゾンの要求量や車両の運転条件や環境条件等に応じて、酸素の供給量（実践上の好適な一形態としては、原料ガスの供給量）を制御してもよい。
【００２７】
本発明に係るオゾン発生装置の他の態様では、前記磁気スイッチは、前記放電反応器に対し電気的に並列配置されており、前記パルス生成装置は、前記磁気スイッチにおけるスイッチング状態の切り替わりに要する時間によって前記パルス幅が調整されるように構成されている。
【００２８】
この態様によれば、パルス生成装置を比較的簡便に構築することが可能となり、またパルス幅の制御も比較的容易となるため実践上有益である。
【００２９】
尚、「スイッチング状態の切り替わりに要する時間」とは、好適な一形態として、磁気スイッチが、リセット状態からオン状態（即ち、磁気飽和状態）に切り替わるまでの時間を意味し、例えば、磁気スイッチを可飽和リアクトルとして構成する場合には、交流巻線と別途に設けられる直流巻線或いはリセット巻線に印加する直流電流を可変とすることにより好適に制御可能である。
【００３０】
尚、この態様では、前記パルス生成装置は、所定のリセット電流に応じて前記スイッチング状態の切り替わりに要する時間を調整可能なリセット回路を更に具備してもよい。
【００３１】
このように、例えば磁気スイッチをその一磁化方向に飽和するまで磁化させることによってリセット可能な回路等としてのリセット回路を備える構成を採る場合、リセット電流に応じて上記スイッチング状態の切り替わりに要する時間を調整することが可能となるため、パルス生成装置から供給されるパルス電圧のパルス幅を好適に調整することが可能となる。
【００３２】
本発明に係るオゾン発生装置の他の態様では、前記パルス幅は、前記放電期間以上であり且つ前記放電期間との差が所定値以下となるように調整される。
【００３３】
この態様によれば、パルス幅が、時間軸上で放電期間以上の長さを有するため、オゾン生成量が最大限担保されると共に、放電終了後、当該所定値に対応する時間が経過するまでにパルス電圧の印加が終了するため、パルス幅の長大化によるアーク放電への遷移を確実に防止することができる。また、このように実際のオゾン生成に寄与しない無駄なパルス電圧の印加が回避される点に鑑みれば、パルス電圧の印加周期を短縮化することも可能であり、オゾン生成を効率的に行い得る点において顕著に効果的である。
【００３４】
尚、本態様に係る所定値とは、好適な一形態として、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、放電終了直後にパルス電圧の印加が終了するように定められた、十分に小さい値である。
【００３５】
本発明に係るオゾン発生装置の他の態様では、前記パルス生成手段は、前記パルス電圧の基準となる基準パルス電圧を生成する基準パルス生成回路と、該基準パルス電圧を磁気パルス圧縮する磁気パルス圧縮回路とを含む。
【００３６】
この態様によれば、パルス生成手段が、例えば家庭用１００Ｖ電源、工業用２００Ｖ電源、各種可搬型バッテリ或いは各種車載バッテリ等の各種電源から供給される基準電圧を利用して、基準パルス電圧を生成する基準パルス生成回路と、この基準パルス生成回路により生成された基準パルス電圧のパルス幅を磁気的作用により圧縮し且つ適宜昇圧可能な磁気パルス圧縮回路とを含む構成を採るため、多様な用途に応じたパルス電圧を比較的簡便に生成可能である。
【００３７】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るオゾン発生装置のブロック図である。
【図２】図１のオゾン発生装置におけるパルス電源の回路構成を説明する図である。
【図３】図１のオゾン発生装置における放電反応器の構成を概念的に表わした模式的斜視図である。
【図４】本発明の効果に係り、パルス電源がパルス幅調整用の磁気スイッチを有さない構成における、負荷電圧及び負荷電流の一時間特性図である。
【図５】本発明の効果に係り、パルス幅調整用の磁気スイッチの一調整状態に対応する、負荷電圧及び負荷電流の一時間特性図である。
【図６】本発明の効果に係り、パルス幅調整用の磁気スイッチの他の調整状態に対応する、負荷電圧及び負荷電流の一時間特性図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るオゾン発生装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
＜発明の実施形態＞
以下、適宜図面を参照して本発明のオゾン発生装置の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、本発明の第１実施形態に係るオゾン発生装置１００の構成について説明する。ここに、図１は、オゾン発生装置１００のブロック図である。
【００４０】
図１において、オゾン発生装置１００は、パルス電源１１０及び放電反応器１２０を備えた、本発明に係る「オゾン発生装置」の一例である。オゾン発生装置１００は、例えば、生活排水や工業用排水等の改質処理、殺菌処理、浄化処理又は消臭処理を行う各種水処理プラント、排気経路に排気浄化用の酸化触媒等を備える車両、或いはその他オゾンを必要とする処理プロセスを備えた各種の処理施設等、広範な対象に設置又は搭載され得るが、オゾン発生装置１００の適用対象に関しては本発明との相関が低いため、本実施形態ではその詳細を省略することとする。また、放電現象を利用したオゾン生成の化学的プロセスも公知であり、ここではその詳細に触れないこととする。
【００４１】
パルス電源１１０は、放電反応器１２０の後述する高圧側ワイヤ電極１２２と低圧側電極１２１Ａ及び１２１Ｂとの間にパルス電圧Ｖｐを印加可能に構成された、本発明に係る「パルス生成装置」の一例である。
【００４２】
放電反応器１２０は、パルス電源１１０を介して印加されるパルス電圧Ｖｐにより所定の放電空間に放電を生じるように構成された、本発明に係る「放電反応器」の一例である。この放電反応器１２０の放電空間には、不図示の原料ガス供給装置から酸素を含む原料ガスが供給される構成となっており、放電の作用により、この放電空間内で原料ガスからオゾンが生成される構成となっている。放電空間を通過した原料ガスは、生成されたオゾンを含むオゾン含有ガスとして、放電反応器１２０から排出される構成となっている。
【００４３】
尚、原料ガスは、空気であってもよいし、酸素ガスであってもよいし、酸素を含む他のガスであってもよい。
【００４４】
＜実施形態の動作＞
次に、本実施形態に係るオゾン発生装置１００の動作について、オゾン発生装置１００の詳細な構成と併せて説明することとする。
【００４５】
先ず、図２を参照し、パルス電源１１０の構成及び動作について説明する。ここに、図２は、パルス電源１１０の回路構成を説明する図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００４６】
図２において、パルス電源１１０は、電源１１１、初段コンデンサＣ０、半導体スイッチＳＷ及び可飽和リアクトルＳＩ０を備える。尚、これらは、本発明に係る「基準パルス生成回路」の一例を構成する。
【００４７】
電源１１１は、例えば、家庭用１００Ｖ電源、工業用２００Ｖ電源、可搬型バッテリ或いは車載用バッテリ等に昇圧回路等の付帯回路を適宜接続してなる電源装置である。初段コンデンサＣ０は、電源１１１と並列に挿入されたコンデンサであり、電源１１１により初期充電される構成となっている。半導体スイッチＳＷは、例えばサイリスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ或いはＧＣＴ等の素子により構成されたスイッチング素子であり、図示せぬ制御回路によりそのスイッチング状態が適宜切り替えられる構成となっている。
【００４８】
パルス電源１１０において、初段コンデンサＣ０が初期充電電圧ＶＣ０に初期充電された状態で半導体スイッチＳＷがオン制御されると、初段コンデンサＣ０から可飽和リアクトルＳＩ０を経由して後述するパルストランスＰＴへパルス電流が供給される。可飽和リアクトルＳＩ０は、半導体スイッチＳＷが完全にオン状態に移行した後に飽和することにより、半導体スイッチＳＷのスイッチングロスを軽減する磁気アシストとして機能する構成となっている。
【００４９】
図２において、パルス電源１１０は更に、パルストランスＰＴ、コンデンサＣ１、ピーキングコンデンサＣｐ、可飽和リアクトルＳＩ１を備える。尚、これらは、本発明に係る「磁気パルス圧縮回路」の一例を構成する。
【００５０】
パルストランスＰＴは、１次側の入力段に先に述べたパルス電流が供給されると、二次側の出力段に、昇圧されたパルス電圧に起因する昇圧パルス電流を生じさせる構成となっている。コンデンサＣ１は、この昇圧パルス電流により充電電圧ＶＣ１まで充電される。
【００５１】
一方、可飽和リアクトルＳＩ１は、コンデンサＣ１の充電電圧ＶＣ１により磁気スイッチ作用を呈し、先の昇圧パルス電流を磁気パルス圧縮された（即ち、パルス幅を狭めた）圧縮パルス電流に変換する。この磁気パルス圧縮された圧縮パルス電流は、ピーキングコンデンサＣｐの充電に供される。尚、本実施形態において、コンデンサＣ１の静電容量ＣＣ１と、ピーキングコンデンサＣｐの静電容量ＣＣｐとの間には、ＣＣ１＞ＣＣｐなる関係が成立しており（例えば、ＣＣ１＝１．０ｎＦ且つＣＣｐ＝０．２ｎＦ）、ピーキングコンデンサＣｐに高電圧を得ることが可能となっている。
【００５２】
尚、本実施形態に係るパルス電源１１０の回路構成は、本発明に係る「パルス生成手段」の採り得る実践的態様の一例に過ぎず、本発明に係る「パルス生成手段」は、パルス電源１１０のものに限らず、様々な態様を採ることができる。例えば、パルス電源１１０は、可飽和リアクトルとコンデンサからなる磁気パルス圧縮段を複数備えていてもよいし、パルストランスＰＴに代えて、可飽和トランスを備えていてもよい。或いはパルストランスＰＴは、パルストランスＰＴと可飽和トランスとの二段構成に置換されてもよい。
【００５３】
パルス電源１１０は、ピーキングコンデンサＣｐと並列に、可飽和リアクトルＳＩ２を備える。
【００５４】
可飽和リアクトルＳＩ２は、可飽和リアクトルＳＩ０及び可飽和リアクトルＳＩ１と同様に、磁性体により構成された磁心（コア）に、相互に磁気的に結合した主巻線とリセット巻線とが巻回された構成を有する磁気スイッチであり、負荷端子１１２と負荷端子１１３との間に印加されるパルス電圧（即ち、本発明に係る「パルス電圧」の一例である）のパルス幅を、その磁気スイッチ作用に係るスイッチング特性の調整により調整可能に構成された、本発明に係る「磁気スイッチ」の一例である。
【００５５】
より具体的には、可飽和リアクトルＳＩ２においては、主巻線又はリセット巻線の巻回数或いはリセット巻線に対するリセット電流を可変とすることにより、磁心の磁気飽和特性を変化させ、スイッチング特性を変化させることができる。可飽和リアクトルＳＩ２がオン状態（即ち、磁心が磁気飽和して低インピーダンスとなった状態）に移行すると、負荷端子１１２と負荷端子１１３との間に印加されるパルス電圧は急激に立ち下がるため、パルス電圧のパルス幅を調整することが可能となるのである。
【００５６】
ここで、可飽和リアクトルＳＩ２のリセット巻線には、磁気リセット回路ＭＲＣ（Magnetic Reset Circuit）が電気的に接続されている。磁気リセット回路ＭＲＣは、図示せぬ直流電源及び保護回路等を備え、可飽和リアクトルＳＩ２のリセット巻線に対し直流リセット電流を供給可能に構成されている。この磁気リセット回路ＭＲＣは、不図示の制御回路によりその駆動状態が制御される構成となっており、可飽和リアクトルＳＩ２がオン状態に移行した後に、リセット巻線に対し逆励磁電流たる直流リセット電流を供給することにより可飽和リアクトルＳＩ２の磁心を磁気リセットする（即ち、残留磁化を消去する、或いは磁心を逆励磁方向に飽和させる）ことが可能である。尚、保護回路は、可飽和リアクトルＳＩ２が磁気スイッチ作用を呈した際に、直流電源に高圧誘導電圧が印加されないように直流電源を保護する公知の各種態様を有する回路である。
【００５７】
ここで特に、磁気リセット回路ＭＲＣは、リセット巻線に供給するリセット電流の大きさを可変制御可能に構成されている。リセット電流値が変化すると、可飽和リアクトルＳＩ２のリセット状態が変化するため、可飽和リアクトルＳＩ２のスイッチング特性、即ち、オン状態に移行するまでの時間（即ち、本発明に係る「磁気スイッチにおけるスイッチング状態の切り替わりに要する時間」の一例）が変化する。このように、磁気リセット回路ＭＲＣは、可飽和リアクトルＳＩ２の磁気スイッチング特性を変化させることにより、放電反応器１２０に供給されるパルス電圧Ｖｐのパルス幅を調整可能である。即ち、磁気リセット回路ＭＲＣは、本発明に係る「リセット回路」の一例である。
【００５８】
尚、図示は省略するが、磁気リセット回路ＭＲＣと同様の磁気リセット回路は、磁気パルス圧縮回路を構成する可飽和リアクトルＳＩ１及び基準パルス生成回路を構成する可飽和リアクトルＳＩ０にも備わっている。但し、これらの磁気リセット回路は、文字通りパルス電圧Ｖｐの繰り返し印加を可能とするためのリセット状態を得るものであって、可飽和リアクトルＳＩ２が有するパルス電圧Ｖｐのパルス幅調整作用は有さない。
【００５９】
尚、先に述べた半導体スイッチＳＷの制御回路及びこの磁気リセット回路ＭＲＣの制御回路は、夫々別体であってもよいし、一体に構成されていてもよい。また、これら制御回路は、オゾン発生装置１００の動作全体を制御可能な制御装置の一部を構成していてもよい。
【００６０】
次に、図３を参照し、放電反応器１２０の構成及び動作について説明する。ここに、図３は、放電反応器１２０の構成を概念的に表わしてなる模式的斜視図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００６１】
図３において、放電反応器１２０は、外郭材としてのアクリル材に、相互に対向する平板状の低圧電極１２１Ａ及び１２１Ｂを備える。低圧電極１２１Ａ及び１２１Ｂは、電位的に接地された低圧印加用の金属電極であり、パルス電源１１０の負荷端子１１３に接続される構成となっている。この低圧電極１２１Ａと低圧電極１２１Ｂとの間は空洞となっており、先に述べた放電空間を形成している。また、この放電空間には、図示矢線方向から原料ガスが供給され、同様に図示矢線方向へオゾン含有ガスが排出される構成となっている。
【００６２】
一方、放電反応器１２０は、放電空間内に、ワイヤ状の高圧電極１２２を備える。高圧電極１２２は、放電空間内を、原料ガスの進行経路と交わるように配設された金属性の電極であり、パルス電源１１０から可飽和リアクトルＳＩ２によりパルス幅が調整されたパルス電圧が負荷端子１１２を介して供給された際に、低圧電極１２１Ａ及び１２１Ｂとの間で電気的に安定したストリーマ放電を生じ得る構成となっている。
【００６３】
＜実施形態の効果＞
次に、図４乃至図６を参照し、本実施形態に係るオゾン発生装置１００の効果について説明する。ここに、図４は、本実施形態との比較例に相当しており、可飽和リアクトルＳＩ２を有さぬパルス電源１１０を使用した場合の負荷電圧ＶＬ及び負荷電流ＩＬの一時間特性を例示する時間特性図であり、図５は、可飽和リアクトルＳＩ２の一調整状態に対応する負荷電圧ＶＬ及び負荷電流ＩＬの一時間特性を例示する時間特性図であり、図６は、可飽和リアクトルＳＩ２の他の調整状態に対応する負荷電圧ＶＬ及び負荷電流ＩＬの一時間特性を例示する時間特性図である。尚、これら各図において、相互に重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。尚、負荷電圧ＶＬとは、パルス電源１１０の負荷として、負荷端子１１２と負荷端子１１３との間に放電反応器１２０を接続した場合の負荷端子間の電圧であり、負荷電流ＩＬとは、同様に負荷端子間に生じる電流である。
【００６４】
図４において、縦軸には負荷電圧ＶＬ（ｋＶ）及び負荷電流ＩＬ（Ａ）が表わされており、横軸には時間Ｔ（ｎｓ）が表わされている。尚、図４において、図示太実線は負荷電圧ＶＬに相当しており、図示太破線は負荷電流ＩＬに相当している。尚、図４は、オゾン発生装置１００における可飽和リアクトルＳＩ２の作用を明確化するための模式的な特性図である。
【００６５】
図４において、本発明に係る磁気スイッチの一例としての可飽和リアクトルＳＩ２を有さぬ構成においては、放電反応器１２０に供給されるパルス電圧のパルス幅を調整することができないため、パルス幅は、事前に適合された一のパルス幅以外に採り得ない。このため、原料ガスにおける酸素濃度や原料ガスの流量又は流速、或いは放電反応器１２０の劣化状態や構成等によっては、パルス電圧のパルス幅が最適値から乖離し易い。図４にはその状態が表されており、パルス電圧のパルス幅に影響される負荷電圧ＶＬのパルス幅が、約３０００ｎｓ（即ち、３μｓ）あり、長期にわたってパルス電圧の供給が継続する（図示マーカｍ１及びｍ２参照）。
【００６６】
このようにパルス幅が大きくなると、放電反応器１２０における放電が、オゾン生成に寄与するストリーマ放電からオゾン生成に寄与しないアーク放電へ遷移し易くなり、或いはアーク放電が生じ易くなり、オゾンの生成量が著しく低下し易い。また、アーク放電への遷移が回避され難いことに起因して、放電反応器１２０に対する電気的な絶縁対策が不可避となり、高圧電極１２２を覆う絶縁体が必要となる。このような絶縁体を介した放電では、絶縁体でのエネルギロスが生じるため、高効率なオゾン生成が尚更不可能となる。
【００６７】
一方、図５には、可飽和リアクトルＳＩ２を備える（即ち、本実施形態に係る）パルス電源１１０において、可飽和リアクトルＳＩ２の主巻線の巻回数ＮをＮ１とした場合の負荷電圧ＶＬ及び負荷電流ＩＬの時間特性が示される。
【００６８】
図５において、放電反応器１２０に印加されるパルス電圧のパルス幅は、約４００ｎｓと、比較例に対し劇的に圧縮される。これは、パルス幅調整用の磁気スイッチとして可飽和リアクトルＳＩ２を備えることによるものであり、パルス幅調整用の各種パラメータ（ここでは、主巻線の巻回数Ｎとしたが、リセット巻線の巻回数や先に述べたリセット電流であってもよい）の調整により、放電反応器１２０に印加されるパルス電圧のパルス幅を広範囲で調整することが可能となった結果得られる効果である。
【００６９】
このように、可飽和リアクトルＳＩ２を備えた場合、パルス電圧のパルス幅を、原料ガス及び放電反応器１２０の状態に応じて最適化することが容易にして可能となる。この際、パルス幅の最適化とは、オゾン生成効率の最適化に他ならないから、高効率なオゾン生成が可能となるのである。また、アーク放電への遷移を防止することが可能となるため、放電反応器１２０の高圧電極１２２を絶縁体で覆う必要がなくなり、その点からも高効率なオゾン生成が可能となる。更には、放電が安定することにより、初段コンデンサＣ０の初期充電電圧ＶＣ０自体を高圧化することも可能であり、オゾン生成の更なる高効率化も可能である。
【００７０】
他方、図６には、可飽和リアクトルＳＩ２を備えるパルス電源１１０において、可飽和リアクトルＳＩ２の主巻線の巻回数ＮをＮ２（Ｎ２＜Ｎ１）とした場合の負荷電圧ＶＬ及び負荷電流ＩＬの時間特性が示される。
【００７１】
図６によれば、図５と同様に、パルス電圧のパルス幅が、約２００ｎｓと、比較例に対し著しく圧縮され（図示マーカｍ５及びｍ６参照）、上記と同様の効果を得ることが可能となる。
【００７２】
ここで特に、図６においては、放電終了（図示マーカｍ７参照）直後に、パルス電圧が立ち下がりタイミングを迎えており（即ち、可飽和リアクトルＳＩ２がスイッチオンタイミングを迎えており）、オゾン生成に必要となる放電を阻害することなく、無駄なパルス電圧の印加が殆ど排除されている（即ち、本発明に係る「パルス幅は、放電期間以上であり且つ放電期間との差が所定値以下となるように調整される」一例である）。このように、放電終了直後に可飽和リアクトルＳＩ２がオン状態に移行するようにパルス幅が調整された場合、放電の更なる安定化をもたらすと共に、パルス電圧の印加に係る繰り返し周期を短縮化することができるため、より高効率なオゾン生成が可能となる。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態に係るオゾン発生装置１００によれば、パルス電源１１０が、本発明に係る磁気スイッチの一例としての可飽和リアクトルＳＩ２を備えることによって、可飽和リアクトルＳＩ２のスイッチング特性を、例えば予め実験的、経験的若しくは理論的な見地に基づいて又は各種シミュレーションに基づいて事前に調整することが、或いは、オゾン発生装置１００の実戦投入後（例えば、車載後）に、その時点の原料ガスの状態や放電反応器の状態等に応じてリアルタイムに調整することが可能となっており、アーク放電への遷移を生じることなく可及的に高効率にオゾンを生成することが可能となる。
＜第２実施形態＞
次に、図７を参照し、本発明の第２実施形態に係るオゾン発生装置２００について説明する。ここに、図７は、オゾン発生装置２００のブロック図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００７４】
図７において、オゾン発生装置２００は、第１実施形態に係るオゾン発生装置１００に対し、更に供給装置２１０及び制御装置２２０を加えた構成となっている。
【００７５】
供給装置２１０は、放電反応器１２０と接続され、放電反応器１２０に対し原料ガスを供給可能に構成された、本発明に係る「供給手段」の一例である。尚、供給装置２１０は、オゾン発生装置２００の用途に応じて多種多様な態様を採り得るが、ここでは、オゾン発生装置２００が車両に搭載され、排気浄化に供されるものとして説明する。即ち、この場合、原料ガスとは外気（空気）である。
【００７６】
供給装置２１０は、車両のボディに形成された外気導入口と接続される外気導入管、この外気導入管に設置されたガスコンプレッサ及びガスコンプレッサ下流側においてこの外気導入管に設置されたマスフローメータ（いずれも不図示）を備える。
【００７７】
ガスコンプレッサは、車載用バッテリから供給される電圧により駆動されるタービンを備えた電気駆動型の流体圧縮装置であり、上流側から吸引した外気を、このタービンの回転速度に応じて変化する吐出圧で下流側に圧送供給可能に構成されている。また、このガスコンプレッサは、制御装置２２０と電気的に接続された状態にあり、タービンの回転速度は、制御装置２２０により上位に制御される構成となっている。
【００７８】
一方、マスフローメータは、ガスコンプレッサ下流側に圧送供給される外気の流量を検出可能に構成されている。マスフローメータもまた、制御装置２２０と電気的に接続されており、放電反応器１２０に対する外気の供給量は、制御装置２２０により常時把握されている。制御装置２２０は、このマスフローメータから取得した外気の供給量をタービンの回転速度制御にフィードバックしており、車両の運転条件に応じて別途決定されるオゾン要求量に応じた適切な供給量の外気を放電反応器１２０に対し供給する構成となっている。尚、外気とは空気であり、通常の環境条件下では、その酸素含有比率は概ね一定である。従って、マスフローメータにより検出される外気の供給量とは、即ち、放電反応器１２０に対する酸素の供給量と等価である。即ち、マスフローメータは制御装置２２０と共に、本発明に係る「特定手段」の一例を構成する。
【００７９】
制御装置２２０は、車両の動作状態を統合的に制御する車載ＥＣＵの一部として構成される電子制御装置であり、オゾン発生装置２００の動作状態を制御可能に構成された、本発明に係る「制御手段」の一例である。
【００８０】
制御装置２２０は、車両に搭載される各種のセンサから車両の運転条件を推定すると、この推定された運転条件を基にオゾンの要求量を算出する。そして、この算出された要求量に見合った供給量が得られるように、上記マスフローメータの検出結果をフィードバックして供給装置２１０の駆動状態を制御する。その結果、放電反応器１２０には、常時適切な供給量で酸素が供給される。
【００８１】
更に、制御装置２２０は、パルス電源１１０における上記半導体スイッチＳＷのスイッチング状態を制御し、パルス電源１１０におけるパルス繰り返し回数を制御する。具体的には、放電反応器１２０に対する酸素の供給量（一義的に外気の供給量）の大小が、夫々パルス繰り返し回数の大小に対応するように、半導体スイッチＳＷのスイッチング状態が制御される。パルス繰り返し回数は、その大小がオゾン生成量の大小に対応するため、パルス繰り返し回数の制御により、要求されるオゾン生成量を的確に得ることが可能となる。
【００８２】
このように、本実施形態に係るオゾン発生装置２００によれば、供給装置２１０及び制御装置２２０がオゾン発生装置の一部を構築することにより、その都度車両が必要とするオゾン生成量に応じた最適量のオゾンを生成する（発生させる）ことが好適に可能となり、良好な制御性に裏打ちされた高効率なオゾン生成が促進される。
【００８３】
尚、制御装置２２０は、先に述べた磁気リセット回路ＭＲＣの駆動状態を更に制御可能に構成されていてもよい。この場合、制御装置２２０は、磁気リセット回路ＭＲＣのリセット電流値の制御を介してパルス電圧Ｖｐのパルス幅をリアルタイムに調整することが可能となるため、パルス電圧Ｖｐのパルス幅を、車両の運転条件や環境条件に応じて変化し得る最適なパルス幅に整合させることが可能となり、実践上の利益は極めて大となる。
【００８４】
尚、本実施形態では、オゾン発生装置２００の用途を車両の排気浄化用としたが、無論これは一例に過ぎず、オゾン発生装置２００は、既に述べた多様な用途に適用可能である。この際、その適用用途に応じて供給装置２１０の構成は変化してよい。例えば、オゾン発生装置２００が、移動体でなく各種施設に設置される構成を採る場合、供給装置は、酸素ボンベや酸素タンク等、比較的高濃度の酸素ガスを貯留する然るべき貯留手段を含む構成、或いは当該貯留手段から放電反応器１２０へ酸素ガスを供給可能な構成を有していてもよい。より具体的には、供給装置は、ガス配管、減圧弁、圧力調整弁、流量調整弁及び気密を保ちつつこれらを適宜に連結する各種連結部材等を備える構成を採ってもよい。
【００８５】
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うオゾン発生装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、例えば、オゾンにより液体又は気体の改質、殺菌、浄化或いは消臭処理等を行う装置等に適用可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１００…オゾン発生装置、１１０…パルス電源、１１１…電源、１１２…負荷端子、１１３…負荷端子、１２０…放電反応器、１２１Ａ…低圧側電極、１２１Ｂ…低圧側電極、１２２…高圧側ワイヤ電極、２００…オゾン発生装置、２１０…供給装置、２２０…制御装置、Ｃ０…初段コンデンサ、Ｃ１…コンデンサ、Ｃｐ…ピーキングコンデンサ、ＳＷ…半導体スイッチ、ＳＩ０…可飽和リアクトル、ＳＩ１…可飽和リアクトル、ＳＩ２…可飽和リアクトル、ＰＴ…パルストランス、ＭＲＣ…磁気リセット回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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