CN110678953A - 电流切断元件以及臭氧产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的臭氧产生装置构成为具备多个在电压施加电极和接地金属电极之间隔着电介质而具有放电间隙的放电管，含氧的气体流过放电间隙，并在电压施加电极和接地金属电极之间施加来自交流电源的交流电压，从而使含氧的气体放电进而成为臭氧化气体，该臭氧产生装置在从交流电源向多个放电管各自的电压施加电极供电的中途，连接有电流切断元件，该电流切断元件由在将因过电流流过而熔融的熔断器导体与中间导体的两侧分别连接而得的熔断部件的两侧分别连接有板状的固定电极，各自的固定电极的板面通过固定材料固定于电介质的基台表面而得。

Description

电流切断元件以及臭氧产生装置
技术领域
本发明涉及通过放电将含氧的气体臭氧化的臭氧产生装置，尤其涉及用于运行保护而具备的电流切断元件。
背景技术
大容量的臭氧产生装置中，使用有100根以上的放电管以作为与电源相连接的负载。在这种臭氧产生装置中，根据放电管的偏差而提出了下述装置：在各放电管中具备熔断器，以使得即使在一根放电管中产生短路放电进而由该放电管产生了电弧放电的情况下，也能够仅将该放电管从电源断开，继续进行装置整体的运行(例如，参照专利文献1)。
装置运行中，构成某个放电管的电介质管绝缘破坏，导致电介质管开孔，若从高电压电极通过孔与接地金属电极之间产生电弧放电，则其结果是，在高电压电极和接地金属电极之间有大电流的短路电流流过。若短路电流持续流过，则会存在下述情况：接地金属电极开孔，产生冷却水泄漏。为了预防该情况，专利文献1中，在高电压电极的入口安装熔断器，当有短路大电流流过时熔断器切断大电流，从而将已绝缘破坏了的放电管从电源断开。对已绝缘破坏了的放电管以外的放电管供电，因此能够产生放电并继续产生臭氧。专利文献1所示的臭氧产生装置中，在由玻璃构成的电介质管的内部的供电部与玻璃管分离地配置有熔断器。
图11是表示用于高电压用的熔断器的通常结构的剖视图。将熔断器部件30穿过磁器管31中，熔断器部件30两端与安装于磁器管31两端的罩部14a、14b进行电连接固定。若有短路大电流流过则熔断器部件30熔融、蒸发，在短路大电流流过的路径产生电弧放电。为了强制消除电弧放电，熔断器部件的周围填充硅砂32，通过硅砂吸收电弧的热量，使电弧等离子体密度变薄，使施加在罩部之间的电压上升，从而使电弧消失。若电弧消失，则高电压被施加给熔断器两端，但由于罩部14a、14b之间的距离离开得足够远因此对于高电压可保持绝缘，没有电流再次在熔断器内流过的情况。由此，已绝缘破坏的电极利用熔断器与电源电性断开。
专利文献2中，提出了代替通常熔断器而使用的、应用于臭氧产生装置的电流切断元件。图12是专利文献2所示的电流切断元件的一个示例。在三个熔断器连接板35和两端的电极33、34之间电连接四个熔断器导体36来构成电流切断元件。熔断器导体因正常运行时流过的电流而发热，因此熔断器导体36的两端与具有可风冷的表面积的熔断器连接板35相连接，熔断器导体36的发热从熔断器连接板35释放到周围的气体气氛，抑制了熔断器导体36的温度上升。若有短路大电流流过，则四个熔断器导体36熔融，从而三个熔断器连接板35掉落。该结构的情况下，与图11的熔断器不同，熔断器导体的周围没有填充硅砂，因此对于在高电压下使用的情况、有10A以上的短路电流流过的情况，难以使电弧放电消失。因此，通过检测在电介质管已绝缘破坏时电源电压的降低或电流上升，从而检测出电介质管的绝缘破坏，并通过降低或停止电源的输出从而使电弧消失。电弧消失后，电极33和电极34之间能够确保足够的绝缘距离，因此已绝缘破坏的电极能够电性断开。专利文献2所记载的电流切断元件与玻璃管分离地配置在电介质管(玻璃管)的内部。另外，作为熔断器导体的材料使用不锈钢材料，从而构成了即使在臭氧产生器内部的高氧化气氛中也稳定的电流切断元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/084181号
专利文献2：日本专利特开2011－243484号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在现有的臭氧产生装置中，使用图11所示的熔断器时熔断器的尺寸较大。施加给臭氧产生器的代表电压为3～7kV，电流为0.2～1A。由于电压较高因而需要应用功率用熔断器，熔断器尺寸为外径为20～40mm，长度为110～200mm，存在尺寸变大这样的问题。另一方面，若减小玻璃管外径则能提高向臭氧产生器主体容器内的玻璃管装填密度，因此能减小产生相同的臭氧产生量时的臭氧产生器主体容器。因此，从降低成本的观点来看，为了减小臭氧产生器主体容器，存在要减小玻璃管径这样的要求。然而使用熔断器的情况下，由于熔断器外径较大而无法减小玻璃管外径，因此无法提高向臭氧产生器主体容器内的玻璃管装填密度，其结果是存在因减小臭氧产生器主体容器而无法降低成本这样的问题。
另外，在使用如图12所示那样的、专利文献2所记载的电流切断元件的情况下，为了将熔断器导体的发热高效率地发散至周围的气氛气体中，需要增大熔断器连接板35的面积。若增大熔断器连接板的面积则变重，导致力施加给细的熔断器导体。由此存在熔断器导体因输送装置时的振动而变得容易断路的问题。另外，熔断器导体通过装置的运行开启/关闭动作来重复温度上升和冷却，因此热应力施加给熔断器导体，与从熔断器连接板始终施加给细的熔断器导体的机械应力相互作用，从而导致存在熔断器导体较易破损且电流切断元件的寿命变短这样的问题。另外，对于如臭氧产生器那样将高电压施加给电极的情况，为了确保电流切断元件熔断后的绝缘距离，需要延长熔断器导体的长度，其结果是，熔断器导体的发热因正常运行时的通电电流而变大，由于熔断器导体的温度上升，因此导致存在电流切断元件的寿命较短这样的问题。
若电流切断元件的寿命较短，则臭氧产生器中可运行的放电管的根数减少，臭氧产生量降低。臭氧产生量的降低较少时若使从电源注入至放电管的电力增加则臭氧产生量将增加，但由于当没有电源剩余时不能产出额定臭氧产生量，因此该情况下，需要对臭氧产生器主体进行打开检查并更换电极管。由此若电流切断元件寿命较短，则存在产生器的打开检查周期变短、维护成本提高这样的问题。
本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于提供一种臭氧产生装置，具备能使用细的放电管、能使臭氧产生器小型化的可靠性较高的电流切断元件。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的电流切断元件中，在将因过电流流过而熔融的熔断器导体与中间导体的两侧分别连接而得的熔断部件的两侧分别连接有板状的固定电极，各自的固定电极的板面通过固定材料固定于电介质的基台表面。
另外，本发明所涉及的臭氧产生装置构成为具备多个在电压施加电极和接地金属电极之间隔着电介质而具有放电间隙的放电管，含氧的气体流过放电间隙，并在电压施加电极和接地金属电极之间施加来自交流电源的交流电压，从而使含氧的气体放电进而成为臭氧化气体，该臭氧产生装置在从交流电源向多个放电管各自的电压施加电极供电的中途，连接有电流切断元件，该电流切断元件由在将因过电流流过而熔融的熔断器导体与中间导体的两侧分别连接而得的熔断部件的两侧分别连接有板状的固定电极，各自的固定电极的板面通过固定材料固定于电介质的基台表面而得。
发明效果
根据本发明，能抑制因机械应力而导致产生的熔断器导体断路，并能提供具备了能够使用细的放电管的电流切断元件的臭氧产生装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的臭氧产生装置的简要结构的剖视图。
图2是表示本发明实施方式1所涉及的臭氧产生装置的、具备了电流切断元件的电介质管的主要部分的放大剖视图。
图3是用于说明本发明的实施方式1所涉及的臭氧产生装置的动作的线图。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的臭氧产生装置所具备的电流切断元件的熔断器导体熔融消失后的状态的剖视图。
图5是表示本发明实施方式2所涉及的臭氧产生装置的、具备了电流切断元件的电介质管的主要部分的放大剖视图。
图6是表示本发明的实施方式2所涉及的臭氧产生装置所具备的电流切断元件的熔断器导体熔融消失后的状态的剖视图。
图7是表示本发明的实施方式3所涉及的臭氧产生装置的、具备了电流切断元件的电介质管的主要部分的放大剖视图。
图8是表示本发明的实施方式4所涉及的臭氧产生装置所具备的电流切断元件的结构的放大剖视图。
图9是表示本发明的实施方式5所涉及的臭氧产生装置所具备的电流切断元件的结构的放大剖视图。
图10是表示本发明的实施方式6所涉及的电流切断元件的结构构件的俯视图。
图11是表示现有的熔断器的结构的剖视图。
图12是表示专利文献2所记载的电流切断元件的结构的一个示例的图。
图13是用于说明专利文献2所记载的电流切断元件的动作的剖视图。
具体实施方式
实施方式1﹒
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的臭氧发生装置的简要结构的剖视图。图1中，在臭氧产生器主体容器12的内部，圆筒形的电介质管1和接地金属电极11成对地构成了一根放电管。图1中为了详细说明放电管，仅图示两根放电管，但大容量的臭氧产生装置中在一个臭氧产生器主体容器12的内部设置有数百根放电管。例如，电介质管1由圆筒形的玻璃管构成，接地金属电极11由不锈钢形成的管道构成，电介质管1和接地金属电极11隔着未图示的间隔件呈同心状地配置，电介质管1和接地金属电极11之间形成有狭窄的放电间隙25。电介质管1的一端(右端)被封闭，另一端(左端)成开口形状。电介质管1的内部设置有电压施加电极2。此处，电压施加电极2由在电介质管1的内表面以蒸镀等方式形成而得的金属膜来构成。由在内表面形成有电压施加电极2的电介质管1和接地金属电极11来构成放电管。电压施加电极2经由电连接构件9、电流切断元件7、供电构件8、供电引线14与交流电源16内的交流电压产生部21的输出端相连接。交流电压产生部21的另一端接地，臭氧产生器主体容器12也接地。供电引线14贯穿接地电位即臭氧产生器主体容器12的部分利用衬套15进行绝缘。交流电源16的交流电压产生部21产生的交流电压是在放电间隙25仅产生放电的高电压，交流频率是能够经由电介质而放电的、即产生无声放电的频率。交流电压产生部21例如产生电压3～7kV、频率0.5～5kH这样的高频交流电压。
在此示出了作为电压施加电极而在电介质的内表面形成而得的金属膜的示例，但电压施加电极并不限于在电介质的内表面形成而得的金属膜，可以是配置在电介质管1的内部的金属体。可以是在该电压施加电极和接地金属电极11之间经由电介质施加电压的结构，可以是在电压施加电极和接地电极之间的任意位置具有放电间隙的结构，也可以是在放电间隙中能产生所谓的无声放电的结构。
交流电源16内具备电源控制部22和输出电压降低检测部23。该实施方式中，输出电压降低检测部23连接在供电引线14和接地之间，基于输出电压降低检测部23的信号检测输出电压的降低，并将检测出的信号发送给电源控制部22。电源控制部22进行装置的运行/停止控制、交流电源的监视控制等。由臭氧产生器主体容器12和交流电源16构成臭氧产生装置。
由不锈钢构成的管道状的接地金属电极11与两侧的端板13通过焊接等接合，端板13与臭氧产生器主体容器12通过焊接等接合。端板13将臭氧产生器主体容器12分割成三个屋，左右充满气体空间，正中充满冷却水24。构成为冷却水从冷却水入口19流向冷却水出口20。含氧的原料气体从原料气体入口17导入，在通过放电间隙25的期间利用放电而被臭氧化后的气体从臭氧含有气体出口18排出，利用于臭氧处理等。
图2是用于表示电流切断元件7的结构的放大剖视图，图2A是电介质管1的供电部侧的长边方向剖视图，图2B是横向剖视图。中间导体5b的两侧连接有熔断器导体5a和熔断器导体5c，由熔断器导体5a、中间导体5b、熔断器导体5c构成熔断部件5。熔断器导体5a与中间导体5b相连接的一侧的相反侧连接有供电侧固定电极3。另外，熔断器导体5c与中间导体5b相连接的一侧的相反侧连接有电压施加电极侧固定电极4。供电侧固定电极3和电压施加电极侧固定电极4均为板状。板的厚度可以是像例如0.02mm极薄的箔那样的厚度，这将在后面阐述。供电侧固定电极3的板面通过固定材料3a固定于电介质管1的内表面，电压施加电极侧固定电极4的板面通过固定材料4a固定于电介质管1的内表面。固定材料3a和固定材料4a可以由热传导性良好的粘结剂、环氧类的高热传导粘结剂、导电性粘结剂、无机类的粘结剂等构成。电压施加电极侧固定电极4与电连接构件9相连接，供电侧固定电极3与供电构件8相连接。该实施方式中，电介质管1设置在水平方向，如图2B所示，电流切断元件7配置于电介质管1的内部上侧。
由此，电流切断元件7包括中间导体5b的两侧与熔断器导体5a和熔断器导体5c相连接后得到的熔断部件5、以及与熔断部件5的两侧的熔断器导体5a和熔断器导体5c的连接至中间导体5b的一侧的相反侧相连接的分别为板状的固定电极3和固定电极4，并构成为各自的固定电极的板面通过固定材料固定于电介质管1的内表面。也将电介质管1的构成电流切断元件7的部分称为基台。另外，图2A、图2B中的固定电极、中间导体、熔断器导体、固定材料的尺寸图示为与相对于各截面的其它构件的实际尺寸比不同，并图示为以较易理解各构件的配置的方式来放大尺寸，强调各构件。
接着对动作进行说明。若交流电源16的电源控制部22将运行指令发送给交流电压产生部21，则从交流电压产生部21输出的高频交流电压通过供电引线14、供电构件8、电流切断元件7、电连接构件9施加给电压施加电极2。若对在电压施加电极2和接地金属电极11之间形成而得的狭窄的放电间隙25施加高频交流电压，则由放电间隙25产生放电。放电间隙设定为0.6mm以下的情况较多。若从原料气体入口17导入含氧的气体，则气体通过放电间隙25，气体因放电的作用而臭氧化进而成为臭氧含有气体并从臭氧含有气体出口18引导至外部。原料气体成分向干燥空气或氧气添加微量的氮气。原料气体需要至少包含氧。电压施加电极2和接地金属电极11的温度因放电导致的发热而上升，因此将冷却水24流过冷却水入口19、冷却水出口20来进行冷却。
在电介质管1绝缘破坏而开孔了的情况下，电压施加电极2和接地金属电极11之间将导通。其结果是，交流电源16的输出侧成为短路状态，短路大电流瞬时流过电介质管1的绝缘破坏部位。已绝缘破坏的电介质管1中所安装了的电流切断元件7中有短路大电流流过。构成电流切断元件7的熔断器导体5a和熔断器导体5c为截面积较小的结构且电阻值较高，因此该部分中若瞬时有如短路大电流那样的过电流流过则温度会迅速上升并熔融、蒸发。熔融、蒸发了的熔断器导体成为高温的等离子体状态，产生电弧放电。
接着，图3中表示运行状态、绝缘破坏状态下的电源控制部22的指令值、各部的电压、电流波形。若电源控制部22发送运行指令则交流电源16成为运行状态，输出高频高电压。若电介质管1绝缘破坏则交流电源16的负载侧成为短路状态，因此电源输出电压降低直到接近零电压为止，并在已绝缘破坏的电介质管1和电流切断元件7中有短路大电流流过。另一方面，施加给正常电极的电压降低直到零附近为止，因此流过正常电极的电流降低直到零附近为止，由放电间隙25产生的放电停止，臭氧停止产生。若交流电源16的输出电压降低至已预先设定的阈值以下，则输出电压降低检测部23检测出输出电压降低，并将结果发送给电源控制部22。电源控制部22根据即使处于电源运行状态，输出电压降低至已预先设定的阈值以下的情况来判断出在电源输出侧产生了短路(短路检测)，并将运行停止指令发送给交流电压产生部21。其结果是，交流电源16停止输出，电源输出电压降低至零，在已绝缘破坏的电极中流过的短路大电流降低至零。在熔断器导体5a和熔断器导体5c部产生的电弧放电随着短路大电流的降低而消失。图2A所示的熔断器导体5a和熔断器导体5c因熔融而消失，其结果是，中间导体5b变得没有两侧的支持，因此如图4所示掉落到电介质管1内部的底部。在供电侧固定电极3和电压施加电极2之间能存在图4所示的绝缘距离。
(a)供电侧固定电极3和电压施加电极侧固定电极4之间的绝缘距离＝L1
(b)供电侧固定电极3和电压施加电极侧固定电极4之间的隔着中间导体5b的绝缘距离＝L2+L3
(c)供电侧固定电极3和电压施加电极侧2之间的隔着中间导体5b的绝缘距离＝L2+L4
绝缘距离在(a)、(b)、(c)的任一个均得到足够确保，因此即使再次将高频高电压施加给供电侧固定电极3，也不会在表示了上述绝缘距离的部分产生电弧放电。通常的臭氧产生器中，施加电压有效值为7.5kV以下的情况较多，另外，使臭氧产生器主体容器12内部的气体压力在0.07MPa以上进行动作的情况较多。该情况下通过设为绝缘距离＝7mm以上，从而在电压再施加时不产生电弧放电。然而，若长期间使用则存在电介质管1的内表面产生污损，绝缘性能劣化的情况，因此尽可能优选绝缘距离为上述的两倍以上的14mm以上。另外，臭氧产生器的运行电压较低，例如4kV的情况下将绝缘距离设为4mm以上，从而能更加减小电流切断元件尺寸。
电源控制部22发出运行停止指令后，立刻如图3所示那样将运行再开指令发送给交流电压产生部21，交流电源16再次输出高频高电压。预先设定从运行停止指令到运行再开指令的时间。该时间可以设为在熔断器导体5a和熔断器导体5c部产生的电弧放电的持续时间以上的时间。该预先设定的时间例如是1～10秒左右。已绝缘破坏的电极由于熔断器导体5a和熔断器导体5c熔融、蒸发，中间导体5b掉落到电介质管1的底部而被电分离，因此没有电流流过。对于正常电极施加高频高电压，电流流过并由放电间隙25放电，再次开始产生臭氧。若将在臭氧产生器主体容器12内配置的电介质管1的根数设为N根，则臭氧产生量降低至大概[(N-1)/N]。在根数N例如为几百那样多的臭氧产生器中输出降低比例变少。
如上所说明的那样，通过检测电介质管1的绝缘破坏所导致的电压降低，停止交流电源16，将短路大电流下降至零，由电流切断元件7将已绝缘破坏的电介质管1电分离，并再启动交流电源16，从而能够持续臭氧产生装置的运行。由此，能够进行在交流电源16的负载侧短路的情况下的保护(短路保护)。
另外，上述中，作为检测电介质管的绝缘破坏、即放电管的绝缘破坏的方法，说明了由设置于交流电源内的输出电压降低检测部23测定并检测输出电压的降低的情况，但即使使用其它方法例如检测输出电流增加的方法、将多个放电管分成两个并将电源的输出分成两个来进行提供并利用电流值的差分来检测的方法、测定从产生器主体容器内部的电弧放电发出的光的方法等，来检测放电管的绝缘破坏，控制交流电源16的输出也起到相同的效果。
接着对本实施方式1中的电流切断元件7的发热和冷却进行说明。电流切断元件7中流过的正常运行时的电流值(相当于1根电介质管1的电流值)在施加给臭氧产生器的代表电压3～7kV的情况下为0.2～1A。与此相对，在电介质管1已绝缘破坏时的过电流(短路电流)的电流值虽因交流电源的阻抗而不同，但为运行时的电流值的大概10倍～1000倍。支配电流切断元件7的端子间电阻值的是熔断器导体5a和熔断器导体5c的尺寸和材料，若设为截面积S、长度L、阻抗率ρ，则一个熔断器导体的阻抗值为：R＝ρ×(L/S)。若要电流切断元件7进行动作，需要温度上升到熔断器导体5a和熔断器导体5c因过电流流过而熔融的温度以上。短路电流瞬间流过，因此在熔断器导体产生的焦耳热几乎没有释放到周围地将熔断器导体加热。因此，熔断器导体是否熔融根据由熔断器导体的材料决定的熔融温度、比重、比热、阻抗率ρ、截面积S来决定。
本实施方式中，作为电流切断元件7的材料使用不锈钢(SUS304、SUS316)，熔断器导体5a和熔断器导体5c的截面尺寸设为厚度0.01～0.05mm，宽度0.05～0.30mm。熔断器导体5a和熔断器导体5c的长度越短，电阻值R变小，因运行时的电流而导致的发热变小，此外长度越短，在熔断器导体5a和熔断器导体5c产生的因运行时的电流而导致的发热变得较易传递至供电侧固定电极3、电压施加电极侧固定电极4，进而熔断器导体的温度下降。实施方式1中，作为一个特征是，固定电极3和固定电极4的表面经由固定材料3a和固定材料4a固定于电介质管1的内表面，从而将正常运行时在熔断器导体产生的热从固定电极3和固定电极4通过电介质管1进行散热。本实施方式中，将熔断器导体的长度设为1mm。若将长度设为例如小于0.1mm那样极其短，则由于从熔断器导体向供电侧固定电极、电压施加电极侧固定电极的热量过多地释放，因此将产生下述问题：难以通过短路电流熔融，并且在短路电流成为零之后已熔融的部分将再次固定从而熔断器导体部电相连。另一方面，若延长熔断器导体的长度，则熔断器导体的发热变多，电路损失增加且臭氧产生效率降低。另外，熔断器导体运行时的温度变高，若长期间运行则因材料劣化而导致较易产生熔断器导体部的断路。因此，熔断器导体的长度在使用了SUS304、SUS316的情况下，优选0.1～2mm。使用0.1～2mm的长度的熔断器导体而流过短路电流时，短路电流10A时以5～0.15ms熔断，100A时以50～1.5μs熔断。
固定电极3和固定电极4的板面分别经由固定材料3a和4a固定于电介质管1的内表面，通过被固定的整个面上的热传导从固定电极3和固定电极4向电介质管1散热。由于以面散热因此能使散热量变多。并且，为了尽可能不妨碍从固定电极3和固定电极4向电介质管1的散热，使用了热传导性良好的粘结剂作为固定材料3a和固定材料4a。具体地可以使用环氧类的高热传导粘结剂、导电性粘结剂。另外，即使是无机类的粘结剂、通常的粘结剂也可以通过较薄地涂布厚度从而使热传导提高。若电流切断元件7中有正常运行时的电流流过，则在熔断器导体5a产生出的热量通过供电侧固定电极3和固定材料3a迅速地传递至电介质管1。传递至电介质管1的热量扩散至电介质管1的较宽的面积，利用热传递来将热量散热至周围的气体中。使用玻璃管作为电介质管1的情况下，厚度为1～3mm左右时在电介质内的热传导变快，热量向电介质管1的较宽的面积迅速地传递。表面积越大，热传递的传递热量的能力越高，因此通过设为该结构，从而能抑制熔断器导体5a的温度上升。其结果能够抑制因温度上升而导致的材料劣化，因此能够抑制因熔断器导体5a的劣化而导致的断路，并能够提供高可靠性的电流切断元件7。在熔断器导体5c产生出的热量也是同样，通过电压施加电极侧固定电极4和固定材料4a能迅速地向电介质管1传递并散热。另外，作为固定材料3a和固定材料4a使用的粘结剂的厚度较薄时较易传递向电介质管1的热量。
另外，以供电侧固定电极3和电极施加电极侧的固定电极4中，将在熔断器导体5a、5c的发热利用表面固定并高效率地传递给电介质管1为目的，因此若尺寸过小则会导致温度上升，但无需尺寸过大。尤其是即使固定于电介质管1的表面的面积小，但由于热传导性良好的固定材料3a和固定材料4a的作用，能够将熔断器导体的发热高效率地传递至电介质管1。本实施方式中，供电侧固定电极3和电压施加电极侧固定电极4的尺寸设为厚度0.01～0.05mm、宽度1.5～6mm、长度2～16mm。这些固定电极中，形成为宽度1.5～6mm、长度2～16mm的表面通过固定材料固定于构成电流切断元件的基台的电介质管1的内表面。
需要将中间导体5b的截面积设得比熔断器导体5a和熔断器导体5c要大，来抑制对于正常时运行电流的焦耳发热。另一方面，若将截面积设得过大，则中间导体5b的重量施加给两侧的熔断器导体5a和熔断器导体5c，施加给熔断器导体的机械应力变大，变得较易产生因机械应力而导致的熔断器导体的断路。根据上述的观点，中间导体5b的截面尺寸设为厚度0.01～0.05mm，宽度0.5～5mm。为了确保绝缘尺寸，将中间导体5b的长度设为4～8mm。另外，设固定材料3a和固定材料4a的厚度为0.01～0.5mm、图3的L4尺寸＝1～5mm。通过上述那样构成，图4所示的绝缘尺寸在本实施例中如下。
(a)L1＝(4～8mm)+2×(0.1～2mm)＝4.2～12mm
(b)L2+L3＝((电介质管1的内径)－(0.01～0.05mm)－(0.01～0.05mm))×2
＝(电介质管1的内径)×2－(0.04～0.2mm)
(c)L3+L4＝((电介质管1的内径)－(0.01～0.05mm)－(0.01～0.05mm))+(1～5mm)
＝(电介质管1的内径)+(1～4.9mm)
构成电介质管1的玻璃管的内径为4mm以上的情况下，上述(a)～(c)的绝缘尺寸均为必要绝缘尺寸的4mm以上，能够确保绝缘。中间导体5b的长度以满足上述的方式尽可能设得较短从而能抑制中间导体5b的发热。
然而，在图12所示的现有示例中对熔断器导体为两个的情况设计电流切断元件，则电流切断元件动作前成为图13A的结构，电流切断元件动作后成为图13B的结构。电流切断元件动作后用(L1+L2)确保绝缘距离，但与本实施方式的图4相比较，现有示例中，电介质管1的中央配置了电极33、34，因此相同玻璃管径的情况下掉落距离变成一半，绝缘距离(L1+L2)变短。因此为了确保需要的绝缘距离，需要分开电极33、34之间的距离。另外，如根据图13A和图13B的位置关系判断那样，两个熔断器导体36的长度和是决定了绝缘距离(L1+L2)的支配性尺寸。因此，为了确保绝缘距离为7mm以上，需要确保熔断器导体36的长度分别为3.5mm以上，比起本实施方式的熔断器导体长度1mm有3.5倍长。其结果是，本实施方式中熔断器导体的电阻值降低至1/3.5＝28.6％，熔断器导体发热也降低至28.6％。
如上所述，由于抑制了熔断器导体的发热，并且通过将板状的固定电极的板面固定于电介质管的内表面来使热发散变得良好，因此正常运行时的熔断器导体、中间导体、固定电极的温度上升变小，其结果是施加给熔断器导体的热应力变小，没有因正常运行时的热应力而导致熔断器导体产生断路。
并且，由于构成为中间导体5b在熔断器导体熔融时掉落到电介质管1的底部，因此能较容易地确保绝缘距离。为了确保绝缘距离，以在熔断器导体熔融了的情况下，中间导体5b因重力掉落而距固定电极的距离比掉落之前要大的位置固定有固定电极的方式，安装有电流切断元件7即可。电介质管1即放电管的管轴方向为水平方向设置的情况下，为了使中间导体5b掉落到电介质管1的底部，电流切断元件7设置成从固定有固定电极的电介质管1的表面中至少一部分的表面朝向固定有固定电极的一侧的法线矢量具有重力方向的分量即可。另外，在电介质管1为圆筒形且设置成管轴方向为水平方向的情况下，该条件成为固定电极固定于电介质管的内表面的上半侧的任意位置这样的条件。
由于抑制正常运行时熔断器导体的发热且使热发散变好，因此能减小固定电极，此外由于构成为熔断器导体熔断时中间导体5b掉落到电介质管1的底部，因此能容易地确保绝缘距离。因此，即使减小玻璃管径，也能抑制熔断器导体在正常运行时的温度上升，并可确保熔断器导体熔断后的绝缘功能。其结果是能够减小电介质管1的管径，可向臭氧产生器主体容器内高密度地装填电介质管1，能提供紧凑且廉价的臭氧产生装置。
另外，由于降低了正常运行时熔断器导体的发热，因此臭氧产生时电气电路的损耗变少，臭氧产生效率提高。另外，由于降低了熔断器导体的发热，因而原料气体从原料气体入口17导入直到进入放电间隙25为止的气体温度上升变小，因此放电间隙部的入口部的温度上升得到抑制，从而臭氧产生效率变好。
上述中，表示了将电流切断元件7安装于电介质内部的大概上部的情况，但只要安装于电介质内侧的上半部分的位置，中间导体掉落，绝缘距离能够变大，就可起到效果。
另外，表示了利用电连接构件9连接电压施加电极侧固定电极4和电压施加电极2之间的情况，但可以省略电连接构件9，直接将电压施加电极侧固定电极4电连接在电压施加电极2之上。
另外，上述中，电流切断元件7安装于电介质管1的上半部分的位置，但若安装于下半部分的位置，则熔断器导体熔融、蒸发后的绝缘距离变短，但保有下述效果：将正常运行时熔断器导体的发热通过固定于电介质管1的供电侧固定电极3和电压施加电极侧固定电极4从电介质管1的较宽的表面利用热传递散热至周围的气体中。因此，在臭氧产生器的运行电压较低，绝缘距离可以较短的情况下能够实现冷却良好的电源切断元件7。
实施方式2﹒
图5是表示本发明的实施方式2所涉及的臭氧产生装置的电介质管1的主要部分的剖视图。实施方式1中，表示了仅使用一个熔断部件5的情况，但若相对于一个电流切断元件7使用两个熔断部件则能够提高装置的可靠性。具体而言，如图5所示，中间导体51b的两侧与熔断器导体51a和熔断器导体51c相连接来构成熔断部件51，中间导体52b的两侧与熔断器导体52a和熔断器导体52c相连接来构成熔断部件52。将中间固定电极6配置于供电侧固定电极3和电压施加电极侧固定电极4之间，在供电侧固定电极3和中间固定电极6之间连接熔断部件51，在电压施加电极侧固定电极4和中间固定电极6之间连接熔断部件52。中间固定电极6通过热传导性良好的固定材料6a固定于电介质管1。由供电侧固定电极3、熔断部件51、中间固定电极6、熔断部件52、电压施加电极侧固定电极4以及固定有上述的固定电极的部分的电介质管1的基台，构成电流切断元件7。
因在运行时流过电介质管1的电流而在熔断器导体51a产生的热量通过供电侧固定电极3和固定材料3a传递至电介质管1，熔断器导体51c和熔断器导体52a产生的热量通过中间固定电极6和固定材料6a传递至电介质管1，熔断器导体52c产生的热量通过电压施加电极侧固定电极4和固定材料4a传递至电介质管1，热量从电介质管1较宽的表面利用热传递高效率地发散至周围的气体中。
若电流切断元件7中有短路电流流过则熔断器导体51a、51c、52a、52c熔断，如图6所示，中间导体51b、52b掉落到电介质管1的内部的底部。
熔断部件偶尔会有如下异常动作的情况，因此利用两个来构成熔断部件时可靠性将提高。
(1)存在由于熔断器导体的宽度较小，因此根据制造尺寸偏差，在短路电流较小时熔断器导体不熔断的情况。
(2)存在熔断时熔断器导体、中间导体的一部分熔化，靠近电介质时焊接于电介质的情况。该情况下，中间导体未向下掉落，因此绝缘距离较短，当再次施加电压时导致再次短路。为了即使在两个熔断部件中的一个不动作的情况下也正常动作，熔断部件51和熔断部件52的规格优选与实施方式1的熔断部件5的规格一致。
图6A中表示两个熔断部件51和熔断部件52掉落下来时的状态。绝缘距离如下。
(a)供电侧固定电极3和电压施加电极侧固定电极4之间的绝缘距离＝L1+L2
(b)供电侧固定电极3和电压施加电极侧固定电极4之间的隔着中间导体51b、52b的绝缘距离＝L3+L4+L5
(c)供电侧固定电极3和电压施加电极2之间的隔着中间导体51b、52b的绝缘距离＝L3+L4+L6
若使熔断部件51和熔断部件52的规格与实施方式1的熔断部件5的规格一致，则绝缘距离延长为实施方式1的情况下的1.5～2倍，因此充分起到绝缘功能。
图6B中表示熔断部件51未正常动作，仅熔断部件52正常动作，仅熔断部件52掉落下来的情况的状态。若使熔断部件51和熔断部件52的规格与实施方式1的熔断部件5的规格一致，则该情况下的绝缘距离为与实施方式1相同的距离。通过这样的构成，在有短路电路流过的情况下，即使一个熔断部件51不正常动作，另一个熔断部件52也正常动作，因此仅利用一个熔断部件就能确保绝缘距离，从而能够提高短路保护功能的可靠性。上述中，示出了两个熔断部件，但若进一步增加个数，则能进一步提高短路保护功能的可靠性。
另外，上述实施例中，优选使熔断部件51和熔断部件52的规格与实施方式1的熔断部件5的规格一致，但即使设计成利用基于多个熔断部件掉落的绝缘距离来满足需要的绝缘距离(4mm以上)也能起到与实施方式1相同的效果。具体的设计中，对于图6A的L1、L2、L3、L4、L5、L6，设为下述的(a)、(b)、(c)全部在4mm以上即可。
(a)供电侧固定电极3和电压施加电极侧固定电极4之间的绝缘距离＝L1+L2
(b)供电侧固定电极3和电压施加电极侧固定电极4之间的隔着中间导体51b、52b的绝缘距离＝L3+L4+L5
(c)供电侧固定电极3和电压施加电极2之间的隔着中间导体51b、52b的绝缘距离＝L3+L4+L6
实施方式3﹒
图7是表示本发明的实施方式3所涉及的臭氧产生装置的电介质管1的主要部分的剖视图。实施方式1中，通过供电构件8供电的一侧的电介质管1的端部为开放状态，但如图7所示在电介质管1的开口部安装金属制的罩部29，利用连接导体26将供电侧固定电极3和罩部29之间电连接，罩部29与供电构件8电连接。若电流切断元件7中有短路电流流过，则存在下述情况：熔断器导体5a、5c熔融并飞散，另外中间导体5b因电弧放电而飞散并从电介质管1的开口部向外飞出，这些附着在其它的电介质的表面，不能保证电绝缘。通过安装罩部29，熔断器导体5a、5c以及中间导体5b不会向电介质外部飞散，因此能提高臭氧产生器的可靠性。罩部29向电介质管1的固定可以使用罩部29的铆钉加工、向罩部内部的无机粘结剂涂布等任意方法。
实施方式4﹒
图8是表示本发明的实施方式4所涉及的臭氧产生装置所具备的电流切断元件的结构的放大剖视图。实施方式1中，表示了熔断部件安装于电介质管1的内表面的情况，但如图8所示，可以在其它的圆筒形的电介质构件27的内表面的大概上侧安装熔断部件5,在电介质部件27的两侧的开口安装金属制罩部29a、29b，利用连接导体26a将供电侧固定电极3和罩部29a之间电连接，利用连接导体26b将电压施加电极侧固定电极4和罩部29b之间电连接，从电介质管1独立出来构成电流切断元件7。该情况下，圆筒形的电介质构件27的一部分构成电流切断元件7的基台。根据实施方式4所涉及的电流切断元件，电介质管1、电压施加电极2能够利用其它的制造工序来制造电流切断元件7，因此具有能够简化熔断器制造工序并能够降低制造成本的优点。
上述中，示出了将构成电流切断元件7的基台的电介质构件27设置于电介质管1的外部的方法，但也可以将构成电流切断元件7的基台的电介质构件27配置于电介质管1的内部。另外，还能够省略两侧的罩部中的一个或两个。
另外，图8中电介质构件27设为了圆筒形，但可以是其它的形状，例如将电介质构件27设为由玻璃、陶瓷构成的电介质的板，以该板状的电介质构件27为基台构成电流切断元件7也起到同样的效果。并且，将该结构体安装在电介质管1的内部也起到同样的效果。
实施方式5﹒
图9是表示本发明的实施方式5所涉及的臭氧产生装置所具备的电流切断元件的结构的放大剖视图。如图9所示，可以将以板状的电介质构件27为基台构成而得的电流切断元件7配置在其它的筒形的第二电介质构件28的内部。构成电流切断元件7的基台的电介质构件27利用未图示的方法固定于第二电介质构件28。在第二电介质构件28的两侧的开口安装金属制罩部29a、29b，利用连接导体26a将供电侧固定电极3和罩部29a之间电连接，利用连接导体26b将电压施加电极侧固定电极4和罩部29b之间电连接。在熔断器导体5a、5b产生的热量经由供电侧固定电极3、电压施加电极侧固定电极4从电介质构件27发散，使筒形的第二电介质构件28的内部气体暂时上升，并从第二电介质构件28的表面利用热传递散热至外部气体中。由于是间接散热，因此与实施方式1～4相比散热效率稍微变差，但能够利用与电介质管1、电压施加电极2、筒形的第二电介质构件28不同的其它的制造工序来制造电流切断元件7，因此具有能够简化熔断器制造工序并能够降低制造成本的优点。
上述实施方式中，表示了将第二电介质构件28设置于电介质管1的外部的方法，但可以配置于电介质管1的内部。另外，还能够省略两侧的罩部中的一个或两个。
另外，熔断器导体的材质即使使用不锈钢(SUS304)以外的其它材料，只要设计制作尺寸，就可起到同样的效果。然而，对于与氧气、由放电产生的NOx气体易产生化学反应而长期上考虑劣化的情况，若安装罩部29则起到同样的效果。
上述实施方式1～5中，说明了具备了在电介质管1的内部配置电压施加电极2的电极结构的放电管的臭氧产生装置，但作为基于无声放电的臭氧产生装置的放电管，还存在使金属制的电压施加电极的周围覆盖了由瓷漆构成的电介质的电极结构的放电管。该电极结构的情况下，能够应用以与在实施方式4和实施方式5所说明的、图8和图9所示的构成放电管的电介质不同的电介质为基台来构成的电流切断元件，起到与实施方式4和实施方式5相同的效果。
另外，还存在下述放电管的结构：在接地金属电极管的内表面涂布电介质，在电介质涂布的内侧设置放电间隙并配置金属制的电压施加电极。该放电管的结构的情况下，也能够应用以与在实施方式4和实施方式5所说明的、图8和图9所示的构成放电管的电介质不同的电介质为基台来构成的电流切断元件，起到与实施方式4和实施方式5相同的效果。由此，在应用图8和图9所示的电流切断元件的情况下，作为放电管，若构成为通过在电压施加电极和接地金属电极之间施加高频交流电压，从而经由电介质产生无声放电，则可以是任意结构，起到与实施方式4和实施方式5相同的效果。
实施方式6﹒
图10A和图10B是表示本发明的实施方式6所涉及的臭氧产生装置的电流切断元件7中、去除电介质的基台和固定材料后的电流流过的金属构件100的结构的俯视图。该金属构件100能够应用于实施方式1～5中的电流切断元件的金属构件。实施方式1～5中，将厚度较薄的金属板材即金属箔通过蚀刻进行形状加工，从而能够将电流流过的金属构件整体作为一体来制作。由此通过蚀刻将金属构件整体作为一体来制作，从而能够大幅度地降低电流切断元件的成本，此外能够精密地加工熔断器导体的较小的截面形状，因此能够抑制电流切断元件的性能偏差，提供可靠性较高的臭氧产生装置。图10A是表示熔断部件5为一个的结构的俯视图，表示了将按照供电侧固定电极3、熔断部件5(熔断器导体5a、中间导体5b、熔断器导体5c)、电压施加电极侧固定电极4的顺序连接而得的金属构件整体作为一体通过蚀刻来制作的结构。另外，图10B是表示熔断部件为两个的结构的俯视图，表示了将按照供电侧固定电极3、熔断部件51(熔断器导体51a、中间导体51b、熔断器导体51c)、中间固定电极6、熔断部件52(熔断器导体52a、中间导体52b、熔断器导体52c)、电压施加电极侧固定电极4的顺序连接而得的金属构件整体作为一体通过蚀刻来制作的结构。
尤其是作为材料若使用不锈钢(SUS304等)，则材料费比较低，此外即使是0.15mm左右薄的厚度也可在制造时处理。由于熔断性能由熔断器导体的截面积决定，因此材料的厚度越薄，熔断器导体所需的宽度变得越宽，能高精度地进行加工。例如，厚度0.02mm的SUS304材料的情况下的熔断器导体宽度＝0.15mm，通过蚀刻加工能高精度地加工导体宽度。若使用在熔断器中经常使用的银材料，则由于银的电阻率较低，因此若用相同厚度0.02mm来设计熔断器导体，则熔断器导体宽度为0.006mm，蚀刻中无法高精度地加工，需要应用半导体用的细微加工，因此加工成本大幅度提高。基于该观点，在利用制造成本较低的蚀刻加工来制造臭氧产生装置用的电流切断元件的情况下，应用有具有接近不锈钢电阻率(70μΩ·cm)的电阻率的金属材料。熔断器导体的部分通过通电而温度上升，因氧气氧化并劣化，因此优选如不锈钢那样不易劣化的材料以用于提高电流切断元件的可靠性。
图10A和图10B中，例如，使用了厚度0.02mm不锈钢(SUS304等)的情况下，供电侧固定电极3、电压施加电极侧固定电极4、中间固定电极6的尺寸例如是宽度1.5～6mm、长度2～16mm。另外，中间导体5b、中间导体51b、中间导体52b的尺寸例如是宽度0.5～5mm、长度3～8mm。将基于通过蚀刻加工成如上所述的尺寸的不锈钢制箔的金属构件的、作为宽度1.5～6mm、长度2～16mm形成而得的固定电极的表面通过固定材料固定于电介质的基台来构成电流切断元件。由此通过使用由蚀刻不锈钢制箔来加工制作而得的金属构件，从而使性能偏差变小，能够提供可靠性较高的电流切断元件。
实施方式7﹒
实施方式5中，由透明玻璃构成作为第二电介质构件28，从而在电流切断元件7进行了动作的情况下，能够肉眼观察确认中间导体5b掉落到了第二电介质构件28内部的底部。在长期间使用了臭氧产生装置之后打开臭氧产生器主体容器12进行内部检查时，肉眼观察检查第二电介质构件28的熔断器部，若中间导体掉落到底部则能够确认电流切断元件7进行了动作。若看不见第二电介质构件28的内部，则需要例如检测罩部29a和罩部29b之间的电阻值来确认电流切断元件7是否进行了动作，但若由透明玻璃构成第二电介质构件28则能够利用肉眼观察来判别，因此操作较为容易。安装有动作了的熔断器的电介质管1发生了绝缘破坏，因此维护时需要进行更换，由此取出电介质管1、电压施加电极2、电流切断元件7来与新部件更换。由此通过使用本实施方式7的电流切断元件，从而具有能容易地进行臭氧产生装置的维护的效果。
另外，不仅是实施方式5所涉及的第二电介质构件28，即使在其它实施方式中，通过由透明玻璃管构成实施方式1、实施方式2和实施方式3中的电介质管1、实施方式4中的电介质构件27，从而能够肉眼观察确认中间导体的掉落，因此当然也起到相同的效果。
实施方式8﹒
实施方式1～7中，说明了在水平方向设置放电管的情况，但放电管被设置在垂直即放电管的管轴方向为重力方向的情况下，电流切断元件7也以朝向垂直方向的方式安装即可。另外，放电管在由打开了图1所示那样的一侧的电介质管构成的情况下，在电介质管的垂直方向上侧配置开口部，在开口部附近安装电流切断元件即可。
另外，本发明可以在本发明的范围内对各实施方式进行组合，或对实施方式进行适当的变形、省略。
标号说明
1 电介质管
2 电压施加电极
3 供电侧固定电极
4 电压施加电极侧固定电极
3a、4a、6a 固定材料
5、51、52 熔断部件
5a、5c、51a、51c、52a、52c 熔断器导体
5b、51b、52b 中间导体
6 中间固定电极
7 电流切断元件
11 接地金属电极
16 交流电源
100 金属构件

Claims (16)

1.一种电流切断元件，其特征在于，
在将因过电流流过而熔融的熔断器导体与中间导体的两侧分别连接而得的熔断部件的两侧分别连接有板状的固定电极，各自的所述固定电极的板面通过固定材料固定于电介质的基台表面。
2.如权利要求1所述的电流切断元件，其特征在于，
具有三个以上所述固定电极，在相邻的所述固定电极之间分别连接有所述熔断部件。
3.如权利要求1或2所述的电流切断元件，其特征在于，
所述基台为筒形，所述固定电极固定于所述筒形的所述基台的内表面。
4.如权利要求1或2所述的电流切断元件，其特征在于，
具有所述熔断部件的所述基台设置于筒形的电介质的内部。
5.如权利要求1至4的任一项所述的电流切断元件，其特征在于，
通过一块金属板形成了所述固定电极和所述熔断部件的连接体即金属构件。
6.一种臭氧产生装置，构成为具备多个在电压施加电极和接地金属电极之间隔着电介质而具有放电间隙的放电管，含氧的气体流过所述放电间隙，并在所述电压施加电极和所述接地金属电极之间施加来自交流电源的交流电压，从而使含所述氧的气体放电进而成为臭氧化气体，所述臭氧产生装置的特征在于，
在从所述交流电源向多个所述放电管各自的所述电压施加电极供电的中途分别连接有权利要求1至5的任一项所述的电流切断元件。
7.如权利要求6所述的臭氧产生装置，其特征在于，
以在所述熔断器导体熔融了的情况下，所述中间导体因重力掉落而距所述固定电极的距离比掉落之前要大的位置固定有所述固定电极的方式，安装有所述电流切断元件。
8.如权利要求7所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述电流切断元件设置成从固定有所述固定电极的所述基台的至少一部分的表面朝向固定有该固定电极的一侧的法线矢量具有重力方向的分量。
9.一种臭氧产生装置，构成为具备多个由在内部配置了电压施加电极的电介质管、以及配置成内表面与所述电介质管的外表面具有放电间隙的接地金属电极构成的放电管，含氧的气体流过所述放电间隙，并在所述电压施加电极和所述接地金属电极之间施加来自交流电源的交流电压，从而使含所述氧的气体放电进而成为臭氧化气体，所述臭氧产生装置的特征在于，
多个所述放电管中，在从所述交流电源向多个所述放电管各自的所述电压施加电极供电的中途分别连接有如权利要求3所述的电流切断元件，
各自的所述电流切断元件中，所述电介质管构成所述基台，所述固定电极固定于作为所述电介质管的内表面且未配置有所述电压施加电极的部分。
10.如权利要求9所述的臭氧产生装置，其特征在于，
通过一块金属板形成了所述电流切断元件中的所述固定电极和所述熔断部件的连接体即金属构件。
11.如权利要求9或10所述的臭氧产生装置，其特征在于，
以在所述熔断器导体熔融了的情况下，所述中间导体因重力掉落而距所述固定电极的距离比掉落之前要大的位置固定有所述固定电极的方式，安装有所述电流切断元件。
12.如权利要求11所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述电介质管设置成所述电介质管的管轴方向为水平方向，所述电流切断元件设置成从固定有所述固定电极的所述电介质管的内表面中至少一部分的表面朝向固定有该固定电极的一侧的法线矢量具有重力方向的分量。
13.如权利要求11所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述电介质管为圆筒形，设置成管轴方向为水平方向，所述固定电极固定于所述电介质管的内表面的上半侧的任意位置。
14.如权利要求11所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述放电管设置成所述放电管的管轴方向为重力方向。
15.如权利要求6至14的任一项所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述交流电源在运行中检测出所述放电管已绝缘破坏的情况下，控制成在预先设定的时间内停止输出后，再次开始输出。
16.如权利要求15所述的臭氧产生装置，其特征在于，
所述交流电源在检测出输出电压降低至预先设定的阈值以下的情况下，判断为所述放电管已绝缘破坏。
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