JP2003321210A - オゾン発生装置及びオゾン発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高濃度から低濃度に亘るオゾン濃度の調整
を、安価な構成で可能としたオゾン発生装置を提供す
る。 【解決手段】 放電によりオゾンを発生するオゾン発生
器１と、オゾン発生器に高周波電圧を供給する高周波高
圧電源２と、電圧値が可変な電圧調整波形信号およびデ
ューティ比が可変なＰＷＭ波形信号を発生する濃度制御
信号発生部３と、濃度制御信号発生部の出力に応じて高
周波電圧を制御する高周波電圧制御部７とを備える。高
周波電圧は、電圧調整波形信号の電圧値に応じて振幅が
調整され、かつＰＷＭ波形信号に応じた所定の断続周期
およびデューティ比で出力の持続期間が調整される。電
圧調整波形信号の電圧値とＰＷＭ波形信号のデューティ
比の組合せを変えることにより、オゾン発生器が生成す
るオゾンの濃度を調整するように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾン発生器によ
り生成されるオゾンの濃度を制御するための濃度調整手
段を有するオゾン発生装置、及びオゾン発生方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】オゾン発生装置の一種として、沿面放電
方式、無声放電方式、コロナ放電方式等により放電を行
うオゾン発生器により、空気、酸素等の原料ガス中で放
電を行わせる放電式の装置が知られている。この装置に
おいては、放電のために供給される高周波電圧に応じて
単位時間のオゾン発生量が決まる。従って、オゾン発生
量を調整するためには、高周波電圧を供給する高周波高
圧電源の出力を制御する必要がある。

【０００３】なお、上記の通り、実際にはオゾンの発生
量が調整されるのであるが、供給される原料ガスの流量
が一定であれば、オゾンの発生量とオゾン濃度とは対応
する値として考えることができるので、説明の便宜上、
以下の記載では「オゾン濃度」と称して説明を行う。

【０００４】従来、発生するオゾン濃度の調整を目的と
して高周波高圧電源の出力を制御する方法としては、高
電圧の振幅の調整を行う方法、他励式高圧電源の発振周
波数をインバータで変換する方法、あるいは高圧電源の
オン時間とオフ時間を変える方法等が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
いずれの方法を用いても、オゾン濃度をきめ細かく調整
することは困難である。特に、オゾンの用途に応じて高
濃度から低濃度まで濃度調整することは困難である。

【０００６】高電圧の振幅を単独で調整する方法では、
オゾン発生器の動作可能な下限電圧により、生成される
オゾン濃度の下限値が制限される。つまり、オゾン発生
器に下限値以上の電圧を印加しなければオゾンを発生さ
せることができないため、電圧の調整は下限値以上の領
域でせざるを得ないからである。例えば、殺菌用のオゾ
ン水を製造する場合には通常１０％程度のオゾンガス濃
度を要求され、脱臭のために空気中へオゾンガスを放出
する場合にはその１／１０程度の濃度が要求される。そ
のため、例えばオゾン水製造用に適合させたオゾン発生
器を用いようとすると、生成されるオゾン濃度の下限値
は高くなり、従って、空気の脱臭用としては濃度調整が
不可能である。一方、空気の脱臭用に適用可能な低濃度
用のオゾン発生器を用いれば、オゾン水製造用としての
要求を満たすことができない。このように、オゾン水の
製造と空気中へのオゾンガスの供給に兼用可能なオゾン
発生装置を提供することは困難である。

【０００７】他励式高圧電源の発振周波数をインバータ
で変換する方法の場合でも、オゾン発生器の動作可能下
限電圧によりオゾン濃度が制限されることは、上記と同
様である。しかも高価なインバータを使用するため、小
規模な用途に適した安価な装置を提供することは困難で
ある。

【０００８】高圧電源のオン時間とオフ時間を変えるこ
とにより、オゾン発生器の作動時間を変化させて濃度を
調整する方法の場合でも、作動中のオゾン濃度には下限
がある。従って、平均の濃度としては低濃度を実現でき
ても、オン時間には一時的に高濃度のオゾンが供給され
ることになり、実用上は問題がある。また、従来の装置
ではオン時間とオフ時間のサイクルが長いため、オゾン
濃度の時間的な変動が大きい。

【０００９】以上のように、従来のオゾン発生装置にお
いては、オゾン濃度を広範囲にきめ細かく調整すること
は困難であり、高濃度か低濃度のいずれか一方に重点を
置かざるを得なかった。また、複数台のオゾン発生器を
用いることにより、広範囲なオゾン濃度に対応すること
も考えられるが、当然高価な装置になる。

【００１０】本発明は、高濃度から低濃度に亘るオゾン
濃度の調整を、安価な構成で可能としたオゾン発生装置
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のオゾン発生装置
は、原料ガス中での放電によりオゾンを発生させるため
のオゾン発生器と、前記オゾン発生器に高周波電圧を供
給する高周波高圧電源と、電圧値が可変な電圧調整波形
信号およびデューティ比が可変なＰＷＭ波形信号を発生
する濃度制御信号発生部と、前記濃度制御信号発生部の
出力に応じて前記高周波高圧電源が出力する高周波電圧
を制御する高周波電圧制御部とを備える。前記高周波電
圧は、前記電圧調整波形信号の電圧値に応じて振幅が調
整されるとともに、前記ＰＷＭ波形信号に応じた所定の
断続周期およびデューティ比で出力の持続期間が調整さ
れる。前記電圧調整波形信号の電圧値と前記ＰＷＭ波形
信号のデューティ比の組合せを変えることにより、前記
オゾン発生器が生成するオゾンの濃度を調整するように
構成される。

【００１２】この構成によれば、高周波電圧の電圧値の
調整のみでは不可能な低濃度域におけるオゾン濃度の制
御を、高周波電圧の持続時間比率の調整を組み合わせて
用いることにより可能とし、高濃度から超低濃度までに
亘るオゾン濃度の制御が、安価な構成により実現可能と
なる。

【００１３】前記濃度制御信号発生部は、前記電圧調整
波形信号およびＰＷＭ波形信号に基づく濃度制御信号を
作成して前記高周波電圧制御部に供給するように構成す
ることができる。

【００１４】上記構成において好ましくは、前記オゾン
発生器から流出するオゾンの濃度が実質的に変動しない
範囲の周期で前記高周波電圧が断続させられるように、
前記ＰＷＭ波形信号の周波数が設定される。好ましく
は、前記ＰＷＭ波形信号の周波数は、１０Ｈｚ以上であ
る。

【００１５】また好ましくは、前記高周波高圧電源が出
力する高周波電圧が前記オゾン発生器の作動可能な範囲
より低い電圧領域においては、前記ＰＷＭ波形信号のデ
ューティ比を変化させることによりオゾンの濃度を調整
するように構成される。

【００１６】また好ましくは、前記電圧調整波形信号の
振幅を複数段階に変化させることによりオゾン濃度を粗
調整し、前記ＰＷＭ波形信号のデューティ比を調整する
ことにより、前記電圧調整波形信号の振幅の各段階に対
応する各オゾン濃度の間でオゾン濃度を微調整するよう
に構成される。

【００１７】また好ましくは、前記濃度制御信号発生部
が発生する電圧調整波形信号およびＰＷＭ波形信号に基
づいてオゾン濃度を表示する濃度表示部を有する。

【００１８】本発明のオゾン発生方法は、高周波高圧電
源から高周波電圧をオゾン発生器に供給して原料ガス中
で放電させることによりオゾンを発生させる方法であっ
て、前記高周波電圧を所定の周期で断続させるととも
に、前記高周波電圧の振幅、及び前記断続の周期内にお
ける持続期間の比率を各々可変とし、前記高周波電圧の
振幅及び持続期間の比率の組合せを変えることにより、
前記オゾン発生器が発生するオゾンの濃度を調整するこ
とを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態におけるオ
ゾン発生装置について、図１を参照して説明する。

【００２０】１はオゾン発生器であり、自励式高周波高
圧電源２から高周波電圧が供給されて放電を行う。図示
しないが、オゾン発生器１には、空気、酸素等の原料ガ
スが供給され、放電に曝されることによりオゾンガスが
発生する。オゾン発生器１の放電は、沿面放電方式、無
声放電方式、コロナ放電方式等、いずれの方式であって
もよい。３は濃度制御信号発生部であり、電圧発生部
４、ＰＷＭ波形発生部５、及びミキサー６からなる。濃
度制御信号発生部３の出力である濃度制御信号Stは、高
周波電圧制御部７に入力される。高周波電圧制御部７
は、濃度制御信号Stに基づき、自励式高周波高圧電源２
が出力する高周波電圧を制御する。

【００２１】電圧発生部４は、オゾン濃度の設定値に応
じて電圧の大きさを可変とした電圧調整波形信号を出力
する。ＰＷＭ波形発生部５は、オゾン濃度の設定値に応
じてデューティ比を可変としたＰＷＭ波形信号を出力す
る。電圧発生部４およびＰＷＭ波形発生部５の出力はミ
キサー６に入力され、両出力波形が合成された濃度制御
信号Stを出力する。すなわち濃度制御信号Stは、電圧発
生部４が出力する電圧調整波形信号に応じた振幅を持
ち、ＰＷＭ波形発生部５が出力するＰＷＭ波形信号のデ
ューティ比を持った波形を有する。

【００２２】ミキサー６から出力される濃度制御信号St
は高周波電圧制御部７に入力され、電流（電圧）調整部
８を介して、自励式高周波高圧電源２の出力を制御す
る。すなわち、自励式高周波高圧電源２の出力である高
周波電圧は、電圧調整波形信号の電圧値に応じて振幅が
制御されるとともに、ＰＷＭ波形信号に応じた所定の周
期およびデューティ比で出力の持続期間が制御される。
そのように制御された高周波電圧の供給を受けることに
より、オゾン発生器１が生成するオゾンは、電圧調整波
形信号の電圧値とＰＷＭ波形信号のデューティ比の組合
せに応じた濃度に調整される。すなわち、高周波電圧の
振幅が大きいほどオゾン濃度は高く、またデューティ比
が大きいほどオゾン濃度は高い。

【００２３】電圧発生部４及びＰＷＭ波形発生部５の出
力はまた、濃度表示部９にも入力される。濃度表示部９
は、電圧発生部４及びＰＷＭ波形発生部５から出力され
る波形に基づいて、オゾン濃度を表示する。電圧発生部
４及びＰＷＭ波形発生部５から出力される波形とオゾン
濃度の関係は、実測に基づいて予め設定しておく。

【００２４】図２〜図４に、図１のオゾン発生装置の動
作において発生する、濃度制御信号St、及び自励式高周
波高圧電源２が出力する高周波電圧の波形の一例を示
す。但し、これらの波形は概念的に示したものであり、
実際の波形に生じる過渡応答による部分等は省略されて
いる。各図における（ａ）は濃度制御信号St、（ｂ）は
自励式高周波高圧電源２が出力する高周波電圧である。

【００２５】図２（ａ）に示される濃度制御信号Stの電
圧V1は、上述したように、電圧発生部４が出力する電圧
調整波形信号によって決まる。また濃度制御信号Stの周
期T、及びデューティD1は、ＰＷＭ波形発生部５から出
力されるＰＷＭ波形信号によって決まる。図２（ｂ）に
示される高周波電圧の振幅Vo1は、濃度制御信号Stの電
圧V1によって決まる。高周波電圧の持続時間はD1であ
り、周期Tで断続を繰り返す。オゾン発生器１が生成す
るオゾンの濃度は、電圧V1が大きいほど、またデューテ
ィD1すなわちデューティ比が大きいほど高くなる。

【００２６】図３（ａ）の濃度制御信号Stは、電圧がV1
より低いV2であり、デューティ比が１００％の場合が示
されている。従って図３（ｂ）の高周波電圧は、振幅Vo
1より低い振幅Vo2を有し、連続的に供給される。

【００２７】図４は、高周波電圧の振幅が図２の場合よ
りも小さく、しかも持続時間もD2に制御された場合を示
す。例えば、高周波電圧の振幅Vo2が、オゾン発生器１
の作動可能な下限値である場合、振幅の調整だけでは図
３の場合に得られるよりもオゾンを低濃度に制御するこ
とはできないが、持続時間を図４のD2のように短くすれ
ば、オゾン濃度をより低い領域で制御することが可能と
なる。

【００２８】このように、高周波電圧の振幅と、高周波
電圧の持続時間比率の組合せでオゾン濃度を調整するこ
とにより、高濃度から超低濃度までの制御が極めて容易
になる。

【００２９】また、例えば高周波電圧の振幅を複数段階
に変化させてオゾン濃度の粗調整を行い、かつその各段
階の間で持続時間比率を変化させることにより、より細
かな調整を簡単に行うことができる。あるいは、条件に
よっては、高周波電圧の持続時間比率を複数段階に変化
させてオゾン濃度の粗調整を行い、かつその各段階の間
で振幅を変化させることにより、より細かな調整を行う
こともできる。

【００３０】自励式高周波高圧電源２から出力される高
周波電圧の周波数は、数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの範囲とす
る。高周波電圧が断続させられる周期、すなわちＰＷＭ
波形発生部４が発生するＰＷＭ波形信号の周波数は、オ
ゾン発生器１から供給されるオゾンの濃度が実質的に変
動しない範囲に設定される。通常は、１０Ｈｚ以上とす
ればよい。すなわち、高周波電圧が断続する周期は１／
１０秒以下となる。そのような範囲の断続周期であれ
ば、オゾン濃度の時間的な変動が実用上問題のない範囲
に抑制される。発生するオゾンの拡散する時間に対して
十分に短い周期だからである。また、ＰＷＭ波形信号の
周波数の上限は、実用上は数十ｋＨｚ以下とする。その
程度を超えて高周波電圧が断続する周期を短くしても、
オゾン濃度の変動を抑制する効果は実質的に向上せず、
回路の負担が大きくなるだけだからである。

【００３１】本実施の形態に基づき作成されたオゾン発
生装置の一例における各設定値は、以下の通りである。
オゾン発生器としてアドバン理研製ＡＤ−１０を用い、
原料ガスの流量を２．５Ｌ／ｍｉｎとした。高周波電圧
は、周波数が約７．７ｋＨｚ、振幅は０〜約２０ｋＶの
範囲で可変とし、断続の周波数は約６００Ｈｚ、持続時
間の比率は０〜１００％の範囲で可変とした。その結
果、オゾン濃度を０〜約７０ｇ／ｍ³（発生量０〜約１
０ｇ／ｈ）の範囲で安定に制御することが可能であっ
た。

【００３２】

【発明の効果】本発明のオゾン発生装置によれば、オゾ
ン発生器に供給される高周波電圧の振幅、及びその周期
的な断続における持続期間の比率を組合せた調整によ
り、高濃度から超低濃度までに亘るオゾン濃度の制御
を、安価な構成により実現可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態におけるオゾン発生装
置を示すブロック図

【図２】 図１のオゾン発生装置の動作における一状態
を示す波形図

【図３】 同オゾン発生装置の動作における他の状態を
示す波形図

【図４】 同オゾン発生装置の動作における更に他の状
態を示す波形図

【符号の説明】

１ オゾン発生器 ２ 自励式高周波高圧電源 ３ 濃度制御信号発生部 ４ 電圧調整波形発生部 ５ ＰＷＭ波形発生部 ６ ミキサー ７ 高周波電圧制御部 ８ 電流（電圧）調整部 ９ 濃度表示部 D1、D2 デューティ V1、V2 濃度制御信号Stの電圧 Vo1、Vo2 高周波電圧の振幅 St 濃度制御信号 T 周期

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鳥羽 誠治 大阪府四条畷市岡山２丁目１番53−201 Ｆターム(参考） 4G042 CA01 CB24 CD03 CD04

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料ガス中での放電によりオゾンを発生
   させるためのオゾン発生器と、 前記オゾン発生器に高周波電圧を供給する高周波高圧電
   源と、 電圧値が可変な電圧調整波形信号およびデューティ比が
   可変なＰＷＭ波形信号を発生する濃度制御信号発生部
   と、 前記濃度制御信号発生部の出力に応じて前記高周波高圧
   電源が出力する高周波電圧を制御する高周波電圧制御部
   とを備え、 前記高周波電圧は、前記電圧調整波形信号の電圧値に応
   じて振幅が調整されるとともに、前記ＰＷＭ波形信号に
   応じた所定の断続周期およびデューティ比で出力の持続
   期間が調整され、 前記電圧調整波形信号の電圧値と前記ＰＷＭ波形信号の
   デューティ比の組合せを変えることにより、前記オゾン
   発生器が発生するオゾンの濃度を調整するように構成さ
   れたオゾン発生装置。
2. 【請求項２】 濃度制御信号発生部は、前記電圧調整波
   形信号およびＰＷＭ波形信号に基づく濃度制御信号を作
   成して前記高周波電圧制御部に供給するように構成され
   た請求項１に記載のオゾン発生装置。
3. 【請求項３】 前記オゾン発生器から供給されるオゾン
   の濃度が実質的に変動しない範囲の周期で前記高周波電
   圧が断続させられるように、前記ＰＷＭ波形信号の周波
   数が設定されたことを特徴とする請求項１に記載のオゾ
   ン発生装置。
4. 【請求項４】 前記ＰＷＭ波形信号の周波数は、１０Ｈ
   ｚ以上であることを特徴とする請求項３に記載のオゾン
   発生装置。
5. 【請求項５】 前記高周波高圧電源が出力する高周波電
   圧が前記オゾン発生器の作動可能な範囲より低い電圧領
   域においては、前記ＰＷＭ波形信号のデューティ比を変
   化させることによりオゾンの濃度を調整するように構成
   された請求項１に記載のオゾン発生装置。
6. 【請求項６】 前記電圧調整波形信号の振幅を複数段階
   に変化させることによりオゾン濃度を粗調整し、前記Ｐ
   ＷＭ波形信号のデューティ比を調整することにより、前
   記電圧調整波形信号の振幅の各段階に対応する各オゾン
   濃度の間でオゾン濃度を微調整するように構成された請
   求項１に記載のオゾン発生装置。
7. 【請求項７】 前記濃度制御信号発生部が発生する電圧
   調整波形信号およびＰＷＭ波形信号に基づいてオゾン濃
   度を表示する濃度表示部を有する請求項１に記載のオゾ
   ン発生装置。
8. 【請求項８】 高周波高圧電源から高周波電圧をオゾン
   発生器に供給して原料ガス中で放電させることによりオ
   ゾンを発生させる方法において、 前記高周波電圧を所定の周期で断続させるとともに、前
   記高周波電圧の振幅、及び前記断続の周期内における持
   続期間の比率を各々可変とし、前記高周波電圧の振幅及
   び持続期間の比率の組合せを変えることにより、前記オ
   ゾン発生器が発生するオゾンの濃度を調整することを特
   徴とするオゾン発生方法。