JP2007161533A - オゾン発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】 通電状態でカートリッジ電極の交換を行っても、感電事故の発生や、電気火花による火災発生を未然に防止できるオゾン発生器を提供すること。
【解決手段】 低電圧電源回路１４を有し、原料空気を吸込んでオゾンガスを吐出す本体筐体１０と、低電圧電源回路１４と接続される電源接続部３２、前記原料空気が供給される空気接続部３４、前記オゾンガスを供給するオゾン接続部３６を有し、前記本体筐体に着脱自在に取付けられる交換ユニット２０を備え、交換ユニット２０は、電源接続部３２を通じて供給される低電圧電力を高電圧に昇圧する昇圧電源部２２、昇圧電源部２２で昇圧された高電圧が印加されるオゾン生成電極部２４、空気接続部３４から供給される原料空気をオゾン生成電極部２４に送り、オゾン生成電極部２４の電極間の高電圧により生成されるオゾンをオゾン接続部３６に送る構造を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塵埃が電極に付着してオゾン発生量が減ってきても、カートリッジ電極の交換作業が安全に行えるオゾン発生器に関する。

オゾンはその酸化力の強さ（フッ素に次ぐ）および自然分解をして酸素に戻ることから、空気や水の殺菌・脱臭・脱色や高分子の漂白処理等に用いられる。従来のオゾン発生器の構造は、特許文献１に記載されているように、酸素を含有する空気などのガスを高電圧印加された１対の電極間に供給することにより、酸素に化学反応を起こさせ、オゾンを発生するものである。１対の電極には、例えばセラミック電極とタングステン線電極とを組み合わせており、電極間で発生したオゾンを、電動ファンを使用して供給するものであった。

ところで、オゾン発生器を長時間使用していると塵埃が電極に付着し、オゾン発生量が減ってくるため、電極に附着した塵埃を除去することによって、オゾン発生量を回復させる必要がある。典型的な電極の寿命は、５０００時間〜６０００時間であるが、これは１日８時間使用する場合には、６２５日〜７５０日となって、概ね１年６ヶ月〜２年で交換寿命となる。しかし電極寿命に至ると、使用者にとっては機能不全と認識される為、クレームとなって製造者や販売者側での電極交換作業が必要になるという課題があった。

そこで、特許文献２では、高電圧印加される電極を着脱自在に装着するカートリッジ電極が提案されている。そして、『微細なチリやホコリを電極にて集塵することができ、さらに電極を着脱可能に構成することもできるので、集塵器として使用することもでき、またその清掃もより簡単に行うことができる』という効果がある。

実開平２−１０２４２９号公報 特許第３０１７１４６号公報 段落番号［０００６］、［００２４］

しかし、特許文献２による構造は、カートリッジ電極の交換を前提としている。しかし、オゾン発生器は業務用ばかりでなく、家庭用にも利用されている。そして、家庭用であれば、電気機器に関する知識の乏しい顧客であっても、容易に保守作業ができるものでなければ、顧客の需要に応える事が困難である。例えば、電気機器に関する知識が一定水準以上の技術者を前提とすれば、カートリッジ電極の交換を通電途中に行うことはないことを前提として設計できる。しかし、顧客自身が保守作業を行う場合には、一定の頻度で通電状態でカートリッジ電極の交換がなされることを、設計段階で予想する必要がある。このような交換作業において、感電事故の発生や、電気火花による火災発生を未然に防止できるオゾン発生器が要望されていた。

本発明は上記課題を解決するもので、電気機器に関する知識の乏しい顧客が、通電状態でカートリッジ電極の交換を行っても、感電事故の発生や、電気火花による火災発生を未然に防止できるオゾン発生器を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明のオゾン発生器は、例えば図１に示すように、低電圧電源回路１４を有し、原料空気を吸込んでオゾンガスを吐出す本体筐体１０と、低電圧電源回路１４と接続される電源接続部３２、前記原料空気が供給される空気接続部３４、前記オゾンガスを供給するオゾン接続部３６を有し、前記本体筐体に着脱自在に取付けられる交換ユニット２０を備え、交換ユニット２０は、電源接続部３２を通じて供給される低電圧電力を高電圧に昇圧する昇圧電源部２２、昇圧電源部２２で昇圧された高電圧が印加されるオゾン生成電極部２４、空気接続部３４から供給される原料空気をオゾン生成電極部２４に送り、オゾン生成電極部２４の電極間の高電圧により生成されるオゾンをオゾン接続部３６に送る構造を有している。

本発明のオゾン発生器においては、本体筐体１０と着脱自在に取付けられる交換ユニット２０を有しており、交換ユニット２０には定期的交換の必要なオゾン生成電極部２４が設けられている。交換ユニット２０と本体筐体１０との電気的接続を行なう電源接続部３２には、低電圧電源回路１４の生成する低電圧電流が流れるだけなので、着脱の際に電気火花が飛ぶ危険性がなく、着脱作業を行なう作業者に負担がかからない。電源接続部３２からの低電圧電流は、交換ユニット２０内部に設けられた昇圧電源部２２によって、オゾン生成電極部２４でのオゾン生成に必要とされる高電圧に昇圧されるので、オゾンを含む気流生成にも支障がない。ここで、低電圧電力とは、人が感電しない程度の低い電圧をいい、例えば商用電源電圧である１００Ｖや２２０Ｖよりも低い電圧であって、交換ユニット２０側でオゾン生成電極部に送る高電圧を発生させるのに容易な電圧をいい、例えば２〜５０Ｖ程度であればよく、好ましくは１２〜２４Ｖであると良い。また、オゾン生成電極部２４には無声放電型を用いるとよい。

好ましくは、本発明のオゾン発生器において、例えば図２に示すように、さらにオゾン生成電極部２４によるオゾン生成時間を積算する積算タイマー１８を有し、当該積算タイマーの積算時間がオゾン生成電極部２４の交換時間に達したか否かによって、交換ユニット２０の交換時期の判断を可能とするように構成しても良い。

好ましくは、本発明のオゾン発生器において、さらにオゾン生成電極部２４によるオゾン生成状態を測定するオゾン発生量検出センサを有し、前記オゾン発生量検出センサで測定したオゾン生成量が所定値以下に低下したときは、交換ユニット２０の交換を促す表示を行うように構成しても良い。この表示は、利用者が交換ユニットの交換時期が到来したことを認識できればよく、例えば交換推奨灯を点灯させてもよく、またブザーによって警告音で知らせてもよい。

本発明のオゾン発生器によれば、交換ユニットと本体筐体との電気的接続を行なう電源接続部には、低電圧電源回路の生成する低電圧電流が流れるだけなので、オゾン生成電極部の定期的交換の際に、交換ユニットを本体筐体から取り外す時に電気火花が飛ぶ危険性がなく、着脱作業を行なう作業者に負担がかからない。

以下、図面によって本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施例に係るオゾン発生器の全体構成を示す構成ブロック図である。図において、オゾン発生器は本体筐体１０と交換ユニット２０とから構成されている。本体筐体１０は、外部空気のように酸素ガスを含有するガスを供給する原料ガス供給部１２と、低電圧電源回路１４と、生成オゾンガスを吐出すオゾン吐出し口１６を有している。原料ガス供給部１２は、例えば外部空気の吸入口１７と、吸入口１７で吸込まれた外部空気を交換ユニット２０に送る圧力を生成するエアーポンプと、これらを接続する空気管路で形成されている。低電圧電源回路１４には、電池のような直流電源や商用１００Ｖや三相２００Ｖの交流電源からＤＣ２４Ｖのような直流低電圧電流を生成するＡＣ−ＤＣコンバータ回路が用いられる。

本体筐体１０と交換ユニット２０とは、低電圧電源回路１４と接続される電源接続部３２、原料ガス供給部１２からの原料空気が供給される空気接続部３４、オゾン吐出し口１６から吐出すオゾンガスを供給するオゾン接続部３６を有している。電源接続部３２は、電気を接続するものなので、オスメスの電源用コネクタで構成されており、例えばオス側３２ｂが交換ユニット２０、メス側３２ａが本体筐体１０に装着されている。空気接続部３４とオゾン接続部３６は、気体用管路の接続コネクタで、例えばオス側３４ｂ、３６ｂが交換ユニット２０、メス側３４ａ、３６ａが本体筐体１０に装着されている。気密性を高める為に、本体筐体１０側の空気接続部３４とオゾン接続部３６には、シールリングが装着されている。

交換ユニット２０は、電源接続部３２を通じて供給される低電圧電力を高電圧に昇圧する昇圧電源部２２、昇圧電源部２２で昇圧された高電圧が印加されるオゾン生成電極部２４を有している。さらに、交換ユニット２０には、空気接続部３４ｂから送られた原料空気をオゾン生成電極部２４の放電電極に導く管路と、オゾン生成電極部２４の放電電極で生成したオゾンガスをオゾン接続部３６ｂに導く管路が設けられている。

ここで、オゾン生成電極部２４には、電極に誘電体を使用する無声放電型および沿面放電型と、電極に誘電体を使用しないコロナ放電型などを用いることができる。このうち、無声放電型のオゾン生成電極部２４は、大容量のオゾン生成に適しているので、本実施例でも採用している。他方、オゾン生成電極部２４として沿面放電型を用いると、オゾン発生量が例えば約100［mg/hour］と、無声放電型と比較して少量になる。また、オゾン生成電極部２４としてコロナ放電型を用いると、コロナ音が発生するので、家庭用には防音対策を交換ユニット２０に施す必要がある。ここで、コロナ放電（局部破壊放電）とは、尖った電極（針電極）の周りに不均一な電界が生じることにより起こる持続的な放電の総称をいう。この際、針電極周辺に認められる発光部をコロナと呼び、コロナ放電によって流れる電流は小さく、数μＡ程度である。

このように構成された装置においては、低電圧電源回路１４から供給される直流低電圧電流は、電源接続部３２を介して交換ユニット２０内部の昇圧電源部２２に送られて、オゾン生成に必要な高電圧に昇圧されて、オゾン生成電極部２４に印加される。他方、原料空気は原料ガス供給部１２から空気接続部３４を介して交換ユニット２０内部のオゾン生成電極部２４のオゾン生成電極に送られる。そして、原料空気は高電圧の作用でイオン化したり帯電したりして、一部の酸素ガスがオゾンガスに変化する。そして、オゾン生成電極部２４で生成したオゾンガスはオゾン接続部３６を介して本体筐体１０に帰還され、オゾン吐出し口１６から吐出される。オゾンガスの作用によって、本体筐体１０の設置された室内空気が殺菌されたり塵埃除去がなされる。

図２はオゾン発生器の全体構成を示す外観斜視図で、（Ａ）は正面側、（Ｂ）は交換ユニットを本体筐体に装着した状態の背面側、（Ｃ）は交換ユニットを本体筐体から取り外した状態の背面側を示している。本体筐体１０の頂面側には取手部１１が設けられており、作業者や利用者による持ち運びを容易にしている。本体筐体１０の正面上側には操作面１３が設けられている。操作面１３は斜め上方を向いており、操作面１３に設置された操作ボタン１５２、１５４の操作性や、電源ランプ１５６の視認性を良くしている。操作ボタン１５２は、オゾンガスの流量調整ボタンで、ここでは回転式のスライド式抵抗器が用いられているが、多段の設定スイッチのような各種の設定スイッチを利用できる。操作ボタン１５４は、オゾンガスを運搬する空気流量の調整ボタンである。電源ランプ１５６は、発光／消灯によってオゾンガスの発生／停止を表示するものである。オゾン吐出し口１６は、操作面１３に設けられたもので、室内にオゾンを供給するときはそのままオゾンを吐出させ、オゾンを殺菌や漂白などの他の用途に使用するときはホース等を接続して、当該ホースによって目的部位まで運ぶ。

本体筐体１０の背面側は、図２（Ｂ）に示すように、電動ファン１７、総使用時間表示器１８、電源コード１９が設けられていると共に、交換ユニット２０が装着されている。電動ファン１７は、原料ガスを本体筐体１０の内部に取込むもので、併せて高温になりやすい昇圧電源部２２やオゾン生成電極部２４を空気冷却する。総使用時間表示器１８は、本体筐体１０におけるオゾン発生の総使用時間を積算表示するもので、交換ユニット２０の交換時期の目安を表示する。取っ手リング２６は、交換ユニット２０を本体筐体１０から取り外す際に使用する。

図２（Ｃ）に示すように、本体筐体１０の交換ユニット収用室には、本体筐体１０側の電源接続部３２ａ、空気接続部３４ａ、オゾン接続部３６ａが設けられている。他方、交換ユニット２０には、交換ユニット２０側の電源接続部３２ｂ、空気接続部３４ｂ、オゾン接続部３６ｂが設けられている。

図３は、本体筐体側と交換ユニット側の電気回路を説明する回路図で、両者のインターフェイス部分も明示的に示してある。昇圧電源部２２は、自励発振回路２２２と昇圧トランス２２４を有している。自励発振回路２２２は、電源接続部３２から供給される直流低電圧電流を高周波交流に変換するもので、変換周波数は例えば数ｋＨｚ程度とするのが良いが、これに限定されるものではなく数百ｋＨｚ程度や数ＭＨｚ程度でもよい。昇圧トランス２２４は、例えば２４Ｖ程度の入力電圧を５〜１２ｋＶに昇圧するもので、一次側と二次側の巻数比によって昇圧率が定まる。オゾン生成電極部２４の誘電体を挟む一対の電極に、昇圧トランス２２４の二次側で生成した高電圧を印加すると、クーロンの法則により高電圧の放電が発生する。

図４は、オゾン発生器の全体構成を説明する回路図である。図において、低電圧電源回路１４は、商用電源Ｖ１、主トランスＴ１、ダイオードブリッジ回路ＤＢ、平滑化コンデンサＣ１を有している。商用電源Ｖ１には交流１００Ｖや三相２２０Ｖ等の交流電源が用いられている。主トランスＴ１の一次巻線ｎ１には商用電源Ｖ１が接続されており、二次巻線ｎ２にはダイオードブリッジ回路ＤＢと平滑化コンデンサＣ１からなる整流平滑化回路が接続されている。

自励発振回路２２２は、主トランジスタＱ１、ダイオードＤ１、コレクタ抵抗Ｒ１、出力調整抵抗Ｒ２、ベース保護抵抗Ｒ３、並びに昇圧トランスＴ２の第三巻線ｎ５を有している。昇圧トランスＴ２は、低電圧電源回路１４からの直流低電圧Ｖ２が印加される一次巻線ｎ３と、オゾン生成電極部２４に印加される高電圧Ｖ３を生成する二次巻線ｎ４を有している。昇圧トランスＴ２の第三巻線ｎ５は、昇圧トランスＴ２の二次巻線ｎ４に発生する高電圧Ｖ３を検出する回路である。主トランジスタＱ１のベース端子には、出力調整抵抗Ｒ２とベース保護抵抗Ｒ３が接続されている。

このように構成された回路の動作について説明する。図４において、ｗ１は商用電源Ｖ１の波形図、ｗ２は昇圧トランスＴ２の一次巻線ｎ３における整流平滑化回路側接続線の波形図、ｗ３は昇圧トランスＴ２の一次巻線ｎ３における自励発振回路側接続線の波形図、ｗ４は昇圧トランスＴ２の二次巻線ｎ４の波形図を示している。商用電源Ｖ１の交流電流ｗ１は、整流平滑化回路によって主トランスＴ１の一次巻線ｎ１と二次巻線ｎ２の巻数比から定まる直流低電圧Ｖ２に変換される。そして、昇圧トランスＴ２の一次巻線ｎ３と二次巻線ｎ４の巻数比から定まる高電圧Ｖ３に変換される。ここで、高電圧Ｖ３は前述したように、５０００Ｖ程度のオゾン生成用の高電圧である。

昇圧トランスＴ２の一次巻線ｎ３に応じた電圧信号は、第三巻線ｎ５にも生成される。第三巻線ｎ５の検出信号は、出力調整抵抗Ｒ２とベース保護抵抗Ｒ３を介して主トランジスタＱ１のベース端子に送られる。そして主トランジスタＱ１によって、一次巻線ｎ３に流れる負荷電流が調整されて、オゾン生成電極部２４に印加される高電圧Ｖ３が一定値に定まる。即ち、第三巻線ｎ５で検出される電流に応じて、主トランジスタＱ１がオンオフして、主トランジスタＱ１のエミッタ・コレクタ間はこのオンオフに連動して導通／切断を繰り返す。そして、主トランジスタＱ１のオンオフ時間比の調整により、オゾン生成電極部２４に印加される高電圧Ｖ３が一定値に安定化される。

図５は交換ユニットの構造的な構成を説明する構成図で、（Ａ）は交換ユニットの側面要部断面図、（Ｂ）は交換ユニットの本体筐体側の正面図、（Ｃ）は交換ユニットと本体筐体の係合状態を説明する要部側面断面図である。原料空気及び生成したオゾンガスを流す管路は３部分よりなり、全体でＵ字形をしている。管路２８ａは、空気接続部３４ｂから送られた原料空気をオゾン生成電極部２４の放電電極に導くもので、一端は空気接続部３４ｂを兼用してもよい。管路２８ｂは、オゾン生成電極部２４の放電電極から管路２８ｃまでの連結部分である。管路２８ｃは、オゾン生成電極部２４の放電電極で生成したオゾンガスをオゾン接続部３６ｂに導くものである。これらの管路は、管路２８ａ、２８ｂについてはオゾン生成電極部２４の空気流通部を兼用してもよい。また、管路２８ｃについては、例えばオゾンに対する耐性の大きな塩化ビニル樹脂やシリコン樹脂製が用いられ、管路２８ａ、２８ｂについては例えばステンレス鋼製が用いられている。

オゾン生成電極部２４は、ここでは無声放電型を用いており、筒状電極２４２が管路２８ａと管路２８ｂの間に形成され、筒状誘電体層２４４が筒状電極２４２の直近下層に形成されている。案内管路２４６は、管路２８ｂ側に形成されたもので、この中心側で原料空気及び生成したオゾンガスが流れる。筒状誘電体層２４４と案内管路２４６の間は空隙になっている。

図５（Ｂ）に示すように、交換ユニット２０の本体筐体側の正面には、電源接続部３２ｂ、空気接続部３４ｂ、オゾン接続部３６ｂが設けられていると共に、交換ユニット２０を本体筐体１０に取り付ける為のネジ穴３８ｂが上下２箇所設けられている。そして、図５（Ｃ）に示すように、本体筐体１０の交換ユニット収用室３９に交換ユニット２０を取付け、ネジ穴３８にネジを螺着することで交換ユニット２０を本体筐体１０に固定できる。その際に、電源接続部３２を構成するメス側３２ａとオス側３２ｂの電源用コネクタが係合する。また、空気接続部３４を構成するメス側３４ａとオス側３４ｂの気体用管路の接続コネクタが係合すると共に、オゾン接続部３６を構成するメス側３６ａとオス側３６ｂの気体用管路の接続コネクタが係合する。気密性を高める為に、本体筐体１０側の空気接続部３４とオゾン接続部３６には、シールリング３５、３７が装着されている。

このように構成されたオゾン発生器において、筒状電極２４２と他方電極をなす案内管路２４６との間に高電圧Ｖ３を印加すると、コロナ放電が起き、オゾン生成電極部２４でオゾンが生成されてオゾン接続部３６経由で交換ユニット２０側から本体筐体１０に送られる。そして、オゾン生成電極部２４の使用継続時間が５０００時間〜６０００時間になると、塵埃が電極に付着し、オゾン発生量が減ってくる。そこで、積算タイマーとしての総使用時間表示器１８によって、オゾン発生器の積算通電時間を測定する。そして、総使用時間表示器１８の積算時間がオゾン生成電極部２４の交換時間である５０００時間〜６０００時間に達したか否かによって、交換ユニット２０の交換時期の判断を行なう。使用者は、交換ユニット２０の交換時期になると、交換用の新規交換ユニットを調達して、オゾン発生器の交換ユニット２０と交換する。これにより、オゾン生成電極部２４の機能が回復する。なお、交換ユニット２０の交換時期に総使用時間表示器１８の積算値はリセットしておくとよい。

なお、上記実施の形態においては、交換ユニット２０の交換時期は総使用時間表示器１８の積算時間により概括的に求めているが、オゾン生成電極部２４によるオゾン生成状態を測定するオゾン発生量検出センサを装着しても良い。そして、オゾン発生量検出センサで測定したオゾン生成量が所定値以下に低下したときは、交換ユニット２０の交換を促す表示を行うように構成してもよい。

本発明の一実施例に係るオゾン発生器の全体構成を示す構成ブロック図である。 オゾン発生器の全体構成を示す外観斜視図である。 本体筐体側と交換ユニット側の電気回路を説明する回路図で、両者のインターフェイス部分も明示的に示してある。 オゾン発生器の全体構成を説明する回路図である。 交換ユニットの機械的な構成を説明する構成図である。

符号の説明

１０ 本体筐体
１４ 低電圧電源回路
１８ 総使用時間表示器（積算タイマー）
２０ 交換ユニット
２２ 昇圧電源部
２４ オゾン生成電極部
３２ 電源接続部
３４ 空気接続部
３６ オゾン接続部
３９ 交換ユニット収用室

Claims (3)

1. 低電圧電源回路を有し、原料空気を吸込んでオゾンガスを吐出す本体筐体と、
   前記低電圧電源回路と接続される電源接続部、前記原料空気が供給される空気接続部、前記オゾンガスを供給するオゾン接続部を有し、前記本体筐体に着脱自在に取付けられる交換ユニットを備え、
   前記交換ユニットは、前記電源接続部を通じて供給される低電圧電力を高電圧に昇圧する昇圧電源部、前記昇圧電源部で昇圧された高電圧が印加されるオゾン生成電極部、前記空気接続部から供給される原料空気を前記オゾン生成電極部に送り、前記オゾン生成電極部の電極間の高電圧により生成されるオゾンを前記オゾン接続部に送る構造を有するオゾン発生器。
2. 請求項１に記載のオゾン発生器において、
   さらに前記オゾン生成電極部によるオゾン生成時間を積算する積算タイマーを有し、当該積算タイマーの積算時間が前記オゾン生成電極部の交換時間に達したか否かによって、前記交換ユニットの交換時期の判断を可能とするように構成されたことを特徴とするオゾン発生器。
3. 請求項１に記載のオゾン発生器において、
   さらに前記オゾン生成電極部によるオゾン生成状態を測定するオゾン発生量検出センサを有し、前記オゾン発生量検出センサで測定したオゾン生成量が所定値以下に低下したときは、前記交換ユニットの交換を促す表示を行うことを特徴とするオゾン発生器。
   

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