(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電流一定制御の周波数変換装置と、この周波数変換装置の出力電圧を昇圧する変圧器と、この変圧器に接続され前記昇圧された出力電圧が印加されてオゾンを発生するオゾン発生器とを備えたオゾン発生装置において、
前記変圧器とオゾン発生器との間から分岐し、前記オゾン発生器の異常発生時に生じる電圧降下を検知するための、第１の時定数で前記降下する電圧を出力する第１の電圧出力回路、および前記第１の電圧出力回路と並列に設けられ、前記第１の時定数より遅い第２の時定数で前記降下する電圧を出力する第２の電圧出力回路と、前記第１，第２の電圧出力回路に接続された比較器とが設けられており、前記比較器が前記第１の電圧出力回路の第１の出力電圧Ｖ１と前記第２の電圧出力回路の第２の出力電圧Ｖ２とを比較して、Ｖ２＞Ｖ１となったとき前記オゾン発生器の異常発生信号を出力することを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
出力電流一定制御の周波数変換装置と、この周波数変換装置の出力電圧を昇圧する変圧器と、この変圧器に接続され前記昇圧された出力電圧が印加されてオゾンを発生するオゾン発生器とを備えたオゾン発生装置において、
前記オゾン発生器の異常発生時に生じる電圧降下を検知するための前記変圧器とオゾン発生器の間から分岐する整流回路と、この整流回路の出力を入力し、第１の周波数ｆ１以上をカットするフィルタと第１の直流電圧Ｖ１を出力する第１の電圧出力回路と、この第１の電圧出力回路と並列に設けられ前記整流回路の出力を入力し、前記第１の周波数ｆ１より低い第２の周波数ｆ２以上をカットするフィルタと第２の直流電圧Ｖ２を出力する第２の電圧出力回路とが設けられているとともに、前記オゾン発生器が正常運転のときには、前記第１の直流電圧Ｖ１＝第２の直流電圧Ｖ２が出力されるよう設定されており、前記第１，第２の電圧出力回路に接続された比較器が、前記第１の電圧出力回路の出力する第１の直流電圧Ｖ１と前記第２の電圧出力回路の出力する第２の直流電圧Ｖ２とを比較して、Ｖ２＞Ｖ１となったとき前記オゾン発生器の異常発生信号を出力することを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項３】
前記第１の周波数ｆ１は１５０〜２５０Ｈｚ、前記第２の周波数ｆ２を５〜１０Ｈｚとすることを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
前記比較器にはリレーが接続されており、前記比較器の出力するオゾン発生器の異常発生信号を外部に送出することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のオゾン発生装置。
【請求項５】
前記リレーには表示灯が接続されており、前記オゾン発生器の異常発生を表示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】
前記整流回路は、前記変圧器とオゾン発生器の間から分岐し、ＰＴを介して設けられていることを特徴とする請求項２記載のオゾン発生装置。
【請求項７】
前記整流回路は、前記周波数変換装置と変圧器との間から分岐し、ＰＴを介して設けられていることを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生装置。
【請求項８】
前記第１の電圧出力回路の出力する第１の直流電圧Ｖ１と前記第２の電圧出力回路の出力する第２の直流電圧Ｖ２とは、Ｖ１＞Ｖ２の値であり、かつ前記Ｖ２−Ｖ１の値が負値のとき前記オゾン発生器が正常運転であるよう設定されており、前記比較器が前記Ｖ１とＶ２とを比較して、Ｖ２−Ｖ１の値が正になったとき、前記オゾン発生器の異常発生信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はオゾン発生装置に関するものであり、特にオゾン発生器に異常が発生した際の異常検知に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりオゾンは強力な酸化力を有し、かつ無公害であるため、水処理分野や一般工業向化学プロセス等に広く利用されている。このオゾンを生成するオゾン発生装置には、発生量が例えば１ｇ／ｈ〜１００Ｋｇ／ｈと広範囲にわたる定格を有する装置が市場に提供されている。
オゾン発生器には、前記定格に対応して複数のオゾン発生部にヒューズ、ガラス管、接地電極管が設けられ、これら主要構成品によってオゾンを生成しているが、電源につながるヒューズに接続されたガラス管が何らかの理由によって破損すると、接地電極管との間に電流が集中して流れ、接地電極管の一部が発熱して溶融し、穴が形成されるという現象がある。
【０００３】
このようなオゾン発生器の異常を検出する技術として、インバータの入力電力信号と出力電流信号とを制御装置に接続し、規定値以上のインバータの出力電流に対して入力電力が規定値以下のときに、異常検出を行うものが示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６７７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら前記特許文献１に示されたオゾン発生器の異常検出回路は、出力電流信号を検出する出力電流検出器と、入力電力信号を検出する入力電力検出器とを必要とし、そのため高コストおよび調整に時間がかかるなどの問題点があった。
【０００６】
この発明は前記のような課題を解決するためになされたものであり、異常発生時にオゾン発生器の電圧信号のみで異常を検知できる電圧降下検出回路を備えたオゾン発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るオゾン発生装置は、出力電流一定制御の周波数変換装置と、周波数変換装置の出力電圧を昇圧する変圧器と、変圧器に接続され昇圧された出力電圧が印加されてオゾンを発生するオゾン発生器とを備え、
変圧器とオゾン発生器との間から分岐し、オゾン発生器の異常発生時に生じる電圧降下を検知するための、第１の時定数で前記降下する電圧を出力する第１の電圧出力回路、および第１の電圧出力回路と並列に設けられ、第１の時定数より遅い第２の時定数で前記降下する電圧を出力する第２の電圧出力回路と、第１，第２の電圧出力回路に接続された比較器とが設けられており、比較器が第１の電圧出力回路の第１の出力電圧Ｖ１と第２の電圧出力回路の第２の出力電圧Ｖ２とを比較して、Ｖ２＞Ｖ１となったときオゾン発生器の異常発生信号を出力するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るオゾン発生装置は、第１の時定数で電圧降下を出力する第１の電圧出力回路と、これに並列に設けられ第１の時定数より遅い第２の時定数で電圧降下を出力する第２の電圧出力回路とを有し、この第１，第２の電圧出力回路に接続された比較器が、第１の電圧出力回路の第１の出力電圧Ｖ１と、第２の電圧出力回路の第２の出力電圧Ｖ２とを比較して、Ｖ２＞Ｖ１となったときにオゾン発生器の異常発生信号を出力するので、電圧信号のみでオゾン発生器の異常を検知可能となり、オゾン発生装置の構成が簡素化され、コスト低減、調整時間の短縮化等の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、この発明による実施の形態１を図１に基づいて説明する。
図１は実施の形態１におけるオゾン発生装置１００の構成を示すブロック図である。
図において、オゾン発生装置１００はオゾン発生器１、周波数変換装置であるインバータ２、変圧器３（電圧比  波高値２３５Ｖ／１０ｋＶ）で構成されており、オゾン発生器１は、誘電体、例えばガラス管１ａと放電空間１ｂを備えている。
前記オゾン発生器１に電圧比が波高値１０ｋＶ／１０Ｖの降圧絶縁用トランス（以下ＰＴ）４を、さらに前記ＰＴ４の二次に整流回路５を接続し、前記整流回路５の出力に第１の周波数ｆ１以上の成分をカットするとともに、第１の直流電圧Ｖ１を出力する第１の電圧出力回路６及び、第２の周波数ｆ２以上の成分をカットするとともに、第２の直流電圧Ｖ２を出力する第２の電圧出力回路７を並列接続し、前記第１の電圧出力回路６及び第２の電圧出力回路７の出力に比較器８を接続している。
【００１０】
次に動作について説明する。
図１に示すように、商用電源である例えば３φ２００Ｖ、５０Ｈｚまたは、６０Ｈｚの電源をインバータ２に入力し、インバータ２は、１φ１ｋＨｚの電圧を出力する。インバータ２の出力電圧は、変圧器３により１０ｋＶに昇圧された電圧がオゾン発生器１に印加される。
オゾン発生器１と変圧器３との間に設けられたＰＴ４で前記１０ｋＶの電圧は絶縁降圧された後に、整流回路５により正の電圧に整流される。整流回路５の出力電圧Ｖ０は第１の周波数ｆ１である例えば２００Ｈｚ以上の周波数成分をカットする第１の電圧出力回路６により第１の直流電圧Ｖ１に変換出力される。さらに第２の周波数ｆ２である例えば１０Ｈｚ以上の周波数成分をカットする第２の電圧出力回路７より第２の直流電圧Ｖ２に変換出力される。オゾン発生器１の正常運転時は、整流回路５の出力電圧Ｖ０に対し、第１の直流電圧Ｖ１＝第２の直流電圧Ｖ２となるように、第１の電圧出力回路６から出力される直流電圧Ｖ１及び第２の電圧出力回路７の出力される直流電圧Ｖ２を設定している。直流電圧Ｖ１、Ｖ２を比較器８によって比較し、Ｖ２＝Ｖ１のときは、比較器８の出力はレベルＨの信号を出力し、オゾン発生器１は正常である。一方、Ｖ２＞Ｖ１となったときは、比較器８の出力はＬレベルの信号を出力し、オゾン発生器１が異常（ガラス管１ａの短絡）と判断する。
【００１１】
図２に動作タイムチャートを示す。図２の（２−１１）で、オゾン発生器１の運転が正常であるため、定格電力をオゾン発生器１に投入している時は、オゾン発生器１の電圧波高値が１０ｋＶ（２−１２）であり、ＰＴ４の２次電圧波高値は、１０Ｖ（２−１３）である。整流器５の出力は、波高値１０Ｖの正の電圧（２−１４）である。
第１の電圧出力回路６の第１の出力電圧Ｖ１は、交流成分がカットされ、１０Ｖの直流電圧（２−１５）、第２の電圧出力回路７の第２の出力電圧Ｖ２も交流成分がカットされ１０Ｖの直流電圧（２−１６）となっている。
また、正常時は、オゾン発生器１の電圧は、オゾン発生器１の負荷に対応した投入電力に応じて、０から１０ｋＶまで変化するが、オゾン発生器１の電圧が緩やかに変化するように周波数変換装置であるインバータ２によって調整されるために、第２の電圧出力回路７の第２の出力電圧Ｖ２−第１の電圧出力回路６の第１の出力電圧Ｖ１＝０（２−１７）であり、比較器８の出力はレベルＨの信号を出力（２−１８）する。
【００１２】
次に、図２の（２−２１）で、オゾン発生器１を構成するガラス管１ａが破損し、オゾン発生器１が異常となった場合、急激にオゾン発生器１の電圧Ｖｏｚが低下（２−２２）し、ＰＴ４の二次電圧ＶＰＴが低下（２−２３）する。整流器５の出力Ｖ０も低下（２−２４）する。第１の周波数である例えば、２００Ｈｚ以上の交流成分をカットする第１の電圧出力回路６の第１の出力電圧Ｖ１は、時定数５ｍｓｅｃで低下するため、Ｖ１＝１０ｅｘｐ（−ｔ／５ｍｓｅｃ）（２−２５）であり、約２０ｍｓｅｃ後には、前記第１の出力電圧Ｖ１は０となる。また、第２の周波数である例えば、１０Ｈｚ以上の交流成分をカットする第２の電圧出力回路７の第２の出力電圧Ｖ２は、時定数１００ｍｓｅｃで低下するため、Ｖ２＝１０ｅｘｐ（−ｔ／１００ｍｓｅｃ）（２−２６）であり、約４００ｍｓｅｃ後には、前記第２の出力電圧Ｖ２は０となる。
従って、約４００ｍｓｅｃの間、第２の電圧出力回路７の第２の出力電圧Ｖ２−第１の電圧出力回路６の第１の出力電圧Ｖ１＝１０ｅｘｐ（−ｔ／１００ｍｓｅｃ）−１０ｅｘｐ（−ｔ／５ｍｓｅｃ）＞０（２−２７）であり、この約４００ｍｓｅｃの間に比較器８の出力はレベルＬの信号を出力（２−２８）する。この信号によりオゾン発生器１の異常を検出する。
【００１３】
このようにオゾン発生器１の電圧は、オゾン発生器１の投入電力に応じて０から１０ｋＶまで変化するが、オゾン発生器１の異常は、オゾン発生器１の電圧低下による過渡変動時の第２の電圧出力回路７の第２の出力電圧Ｖ２と第１の電圧出力回路６の第１の出力電圧Ｖ１との差により、比較器５が異常発生信号を出力する。
従って、この実施の形態１では、オゾン発生器１の電圧信号のみによって異常（短絡）の検出が可能となり、装置の簡素化、低コスト化という効果がある。
【００１４】
なお、この実施の形態１による第１，第２の電圧出力回路６，７は、それぞれ第１，第２のフィルタ回路の例でもって説明した。
フィルタ回路採用の利点として、整流器５で整流した電圧の脈流を平滑にし、平滑な第１，第２の直流出力電圧を得ることにより、比較器８の誤動作を防ぐことにあるが、フィルタ回路に限定されることなく、前記第１，第２の電圧出力回路６，７と同等の機能を有する回路であれば良いことは言うまでもない。
【００１５】
また、第１の電圧出力回路６に設定された第１の周波数ｆ１を２００Ｈｚとしたが、これを採用したのは、これまでの経験からオゾン発生器１のガラス管１ａが破損したときに、オゾン発生器１の電圧が低下する時定数より小さい時定数（１／設定周波数２００Ｈｚ＝５ｍｓｅｃ）となる周波数を選定しているものであり通常、１５０〜２５０Ｈｚの範囲で選定する。
さらに第２の電圧出力回路７の第２の周波数ｆ２を１０Ｈｚとしたのは正常運転において、オゾン発生器１の電圧は、投入電力応じて０〜１０ｋＶまで変化するが、この正常時の電圧変化の時定数より大きい時定数（１／設定周波数１０Ｈｚ＝１００ｍｓｅｃ）となる周波数を選定しているものであり５〜１０Ｈｚの範囲で選定する。
【００１６】
実施の形態２．
次に実施の形態２を説明する。
図３は実施の形態２によるオゾン発生装置１００のブロック図である。図において比較器８の出力にはリレー９が接続され、このリレー９にはコイル９ａが設けてある。リレー９の一端は２４Ｖ電源に接続され、ａ接点９ｂはコイル９ａの励磁により動作する。その他は、前述した実施の形態１と同様であるので説明省略する。
【００１７】
次に、この実施の形態２の動作について説明する。
比較器８によりオゾン発生器１の異常を検出した場合、比較器８の出力はレベルＬの信号となるため、リレー９のコイル９ａが励磁され、リレー９のａ接点９ｂがＯＮとなって、外部にオゾン発生器異常の信号を送出する。
【００１８】
このように実施の形態２では、オゾン発生器１が異常（短絡）となったとき、外部にオゾン発生器異常の信号を送出することが可能となる効果がある。
【００１９】
実施の形態３．
図４は実施の形態３によるオゾン発生装置１００のブロック図である。図において表示灯１１は、一端が前記リレー接点９ｂに直列に接続され、他の一端は２４Ｖ電源に接続されている。その他は前述した実施の形態２と同様である。
【００２０】
次にこの実施の形態３の動作について説明する。
図４に示すように、比較器８によりオゾン発生器１の異常を検出した場合、比較器８の出力はＬの信号となるため、リレー９のコイル９ａが励磁され、リレー９のａ接点９ｂがＯＮとなって、表示灯１１が点灯し、オゾン発生器異常であることを表示する。
【００２１】
このように実施の形態３では、オゾン発生器１が異常（短絡）となったとき、表示灯１１でオゾン発生器異常を表示するので、容易にその状況を確認できるという効果がある。
【００２２】
実施の形態４．
図５は実施の形態４によるオゾン発生装置１００のブロック図である。図において、ＰＴ４の電圧比を波高値２３５Ｖ／１０Ｖとし、ＰＴ４の一次を変圧器３の一次に接続したものである。
【００２３】
次にこの実施の形態４の動作について説明する。
オゾン発生器１を構成するガラス管１ａが破損し、オゾン発生器１が異常となった場合、オゾン発生器１の電圧Ｖｏｚが低下すると変圧器３の一次電圧も同時に低下するため、ＰＴ４の二次電圧ＶＰＴが低下する。以下、前述した実施の形態１の動作と同じ動作で、オゾン発生器１の異常を検出する。
【００２４】
このように、この実施の形態４では、ＰＴ４の一次電圧が波高値２３５Ｖ（実施の形態１では波高値１０ｋＶ）と低圧となるため前記ＰＴ４が安価となる効果がある。
【００２５】
実施の形態５．
図６は実施の形態５によるオゾン発生装置１００のブロック図である。オゾン発生器１が正常運転時に、整流器５の出力電圧波高値１０Ｖに対し、第１の電圧出力回路６の第１の出力電圧Ｖ１を１０Ｖ、第２の電圧出力回路７の第２の出力電圧Ｖ２を７．５Ｖとしている。
【００２６】
次に、この実施の形態５の動作について説明する。
図７に動作タイムチャートを示す。図７の（７−１１）で、オゾン発生器１が正常運転であるため、定格電力をオゾン発生器１に投入している。このときオゾン発生器１の電圧波高値が１０ｋＶ（７−１２）であり、ＰＴ４の２次電圧波高値は、１０Ｖ（７−１３）である。整流器５の出力は、波高値１０Ｖの正の電圧（７−１４）である。
第１の電圧出力回路６の第１の出力電圧Ｖ１は、交流成分がカットされ、１０Ｖの直流電圧（７−１５）、第２の電圧出力回路７の第２の出力電圧Ｖ２は交流成分がカットされ７．５Ｖの直流電圧（７−１６）となっている。
【００２７】
従って、第２の電圧出力回路７の第２の出力電圧Ｖ２−第１の電圧出力回路６の第１の出力電圧Ｖ１＝−２．５Ｖで（７−１７）あり、比較器８の出力はレベルＨの信号を出力（７−１８）する。
次に、図７の（７−２１）で、オゾン発生器１を構成するガラス管１ａが破損し、オゾン発生器１が異常となった場合、オゾン発生器１の電圧Ｖｏｚが低下（７−２２）し、ＰＴ４の二次電圧ＶＰＴが低下（７−２３）する。整流器５の出力Ｖ０も低下（７−２４）する。第１の周波数ｆ１である２００Ｈｚ以上の交流成分をカットする第１の電圧出力回路６の第１の出力電圧Ｖ１は、時定数５ｍｓｅｃで低下するため、Ｖ１＝１０ｅｘｐ（−ｔ／５ｍｓｅｃ）（７−２５）であり、約２０ｍｓｅｃ後には、前記第１の出力電圧Ｖ１は０となる。また、第２の周波数ｆ２である１０Ｈｚ以上の交流成分をカットする第２の電圧出力回路７の第２の出力電圧Ｖ２は、時定数１００ｍｓｅｃで低下するため、Ｖ２＝７．５ｅｘｐ（−ｔ／１００ｍｓｅｃ）（７−２６）であり、約４００ｍｓｅｃ後には、前記第２の出力電圧Ｖ２は０となる。
従って、約４００ｍｓｅｃの間、第２の電圧出力回路７の第１の出力電圧Ｖ１−第１の電圧出力回路６の第２の出力電圧Ｖ２＝７．５ｅｘｐ（−ｔ／１００ｍｓｅｃ）−１０ｅｘｐ（−ｔ／５ｍｓｅｃ）＞０（７−２７）であり、この約４００ｍｓｅｃの間に比較器８の出力はレベルＬの信号を出力（７−２８）する。この信号によりオゾン発生器１の異常を検出する。このように、実施の形態５では、オゾン発生器１の正常運転時はＶ２−Ｖ１の値が負であり、オゾン発生器１の異常発生時は正となる。
【００２８】
この実施の形態５では、オゾン発生器１の正常時にＶ２−Ｖ１を−２．５Ｖの負の電圧に設定しているので、ノイズなどの侵入によりＶ２−Ｖ１が正の電圧になることを抑制出来るため、オゾン発生器１の異常の誤検出を防止する効果がある。
【００２９】
なお、この実施の形態５で、第２の電圧出力回路７の第２の出力電圧を７．５Ｖに設定しているのは、第２の電圧出力回路７の第２の出力電圧Ｖ２−第１の電圧出力回路６の第１の出力電圧Ｖ１を負の電圧−２．５Ｖにするためであるが、この値は、これまでの経験からみて−２Ｖ〜−３Ｖの範囲が適当である。
【００３０】
またさらに実施の形態１〜４における第１，第２の電圧出力回路６，７の直流出力電圧を１０Ｖとしたが、これに限定されるものでなく、一般の制御回路の動作電圧に合わせ、５〜１２Ｖの範囲から選定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
この発明の実施の形態１〜５は、オゾンを用いた水処理分野や一般工業向化学プロセス、半導体装置の酸化膜形成等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１によるオゾン発生装置を示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるオゾン発生器装置の動作を示す動作タイムチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２によるオゾン発生装置を示すブロック構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３によるオゾン発生装置を示すブロック構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４によるオゾン発生装置を示すブロック構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５によるオゾン発生装置を示すブロック構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５によるオゾン発生装置の動作を示す動作タイムチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１  オゾン発生器、２  周波数変換装置、３  変圧器、４  ＰＴ、５  整流回路、
６  第１の電圧出力回路、７  第２の電圧出力回路、８  比較器、９  リレー、
１１  表示灯、１００  オゾン発生装置。
【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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