JP2010159178A - オゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾン発生器のガラス電極管が破損して短絡した場合に、高速に短絡を検出して電源を停止し、オゾン発生器の損傷を最小限に抑えることが出来るオゾン発生装置を提供する。
【解決手段】オゾン発生器に印加する電圧を検出し、この電圧が所定値以下か否かを判別する第１の判別器と、インバータの出力電流を検出し、この電流が所定値以上か否かを判別する第２の判別器と、第１，第２の判別器の出力が入力されて前記電圧が所定値以下でかつ前記電流が所定値以上のときオゾン発生器を停止させる制御装置を備える。
【選択図】図１

Description

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とき、インバータの運転を高速に停止させる技術に係るものである。

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化学プロセス等で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として、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、ガラス電極管、接地電極管、電極膜、給電子等が設けられ、これら主要構成品によってオゾンを生成している。前記ガラス電極管はインバータ電源につながっており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触し、穴が形成されるという現象がある。

このようなオゾン発生器の異常を検出する技術として、オゾン発生器の異常発生時に、オゾン発生器の電圧降下を第１の時定数で出力する第１の電圧Ｖ１の出力回路と、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Ｖ２の出力回路を備え、これらに接続される比較器がＶ２＞Ｖ１となったとき、異常発生信号を出力することが示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００７−２１７２３７号公報

昨今のオゾン発生装置の低価格要求に対して、ガラス電極管の構造仕様も遂次変化してきている。その一例として、前述した何らかの理由による破損に対して、従来有していたマージンを出来得る限り少なくした性能を有するガラス電極管を採用することが行われている。このような場合、上記特許文献１に記載された異常検出技術を用いて、ガラス電極管の短絡を検出し、インバータの運転停止をしようとすると、短絡検出から異常信号出力までの時間が４００ｍｓｅｃ程度かかるため、上記マージンを少なくしたガラス電極管を採用したオゾン発生装置において、ガラス電極管破損時のオゾン発生器の損傷を最小限に抑えることが難しいという問題点がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、オゾン発生器のガラス電極管の短絡検出からインバータ停止までの時間を短くし、オゾン発生器の損傷を少なくすることの出来るオゾン発生装置を提供することを目的としている。

この発明に係るオゾン発生装置は、インバータにより電力を供給されるオゾン発生器と、前記オゾン発生器に印加される電圧を検出し、該電圧が所定値以下かどうかを判別する第１の判別器と、前記インバータの出力電流を検出し、該出力電流が所定値以上かどうかを判別する第２の判別器と、前記第１の判別器と前記第２の判別器の出力が入力されて、前記電圧が所定値以下であると前記第１の判別器が判別し、かつ前記出力電流が所定値以上であると前記第２の判別器が判別した場合に前記オゾン発生器を停止させる制御装置とを備えたものである。

この発明は上記のような構成を備えているので、オゾン発生器のガラス電極管短絡の異常が発生した際、短時間内にインバータの運転停止が可能となり、オゾン発生器の損傷を少なくすることができる。

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。 この発明の実施の形態１によるオゾン発生器正常時のインバータ出力電流とオゾン発生器電圧の特性図である。 この発明の実施の形態１によるオゾン発生器短絡時のインバータ出力電流とオゾン発生器電圧の特性図である。 この発明の実施の形態１によるオゾン発生器短絡時の動作を示すタイムチャートである。 オゾン発生器の短絡電流と電源遮断要求時間の関係を示す図である。

実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図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、酸素ボンベまたは空気タンクである原料ガス源１から、オゾン発生器２にガスが供給される。インバータ３は５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源を所望の周波数を持った交流に変換する。インバータ３の出力には変圧器４が設けられておりこの変圧器４の２次側をオゾン発生器２に接続している。インバータ３は、運転スイッチ３ａの接点を閉・開することにより運転・停止する。
オゾン発生器２に電圧計５を接続し、この電圧計の出力信号を第１の判別器６に接続している。またインバータ３の出力に電流計７を接続し、この電流計の出力信号を第２の判別器８に接続している。
前記第１の判別器６の第１の出力接点６ａは、オゾン発生器２の電圧が所定の設定値Ｖｓ以下のときＯＮ（閉）となり、第２の判別器８の第２の出力接点８ａは、インバータ３の出力電流が所定の設定値Ｉｓ以上のときＯＮ（閉）となる。
上記第１、第２の接点６ａ、８ａは、リレー９に対し直列に接続されすなわちＡＮＤ回路をなして、ＡＣ１００Ｖ電源が接点６ａの一端とリレー９の一端に接続されている。リレー９のｂ接点９ｂは、インバータ３の運転スイッチ３ａの接点に直列に接続されている。このリレー９が制御装置である。
オゾン発生器２の構造は図示省略するが、接地電極管、ガラス電極管、電極膜、給電子等の主要部品で構成されている。

次に動作について説明する。
図１に示すように、３φ２００Ｖ、５０Ｈｚまたは、６０Ｈｚの電圧をインバータ３に入力し、インバータ３によって、１φ１ｋＨｚ〜３ｋＨｚの交流に変換する。
変圧器４によって、インバータ３の出力を約３ｋＶｒｍｓ〜６．６ｋＶｒｍｓまで昇圧し、オゾン発生器２に印加することによって、原料ガスの酸素からオゾンが生成する。
オゾン発生器２から正常にオゾンが発生しているときは、図２に示すように、インバータ３の出力電流の増加とともにオゾン発生器２に印加される電圧は増加する。一例として、インバータ３の出力電流が１０Ａｒｍｓのとき、オゾン発生器２の電圧は６．６ｋＶｒｍｓである。ここで第２の判別器８の第２の接点８ａには、所定の電流値Ｉｓ、例えば２Ａｒｍｓが設定されている。従って、
インバータ３の出力電流（１０Ａｒｍｓ）≧設定値Ｉｓ（２Ａｒｍｓ）
であるから第２の判別器８の出力接点８ａはＯＮ（閉）である。
また第１の判別器６の第１の接点６ａには所定の電圧値Ｖｓ、例えば１ｋＶｒｍｓが設定されている。従って、
オゾン発生器２の電圧（６．６ｋＡｒｍｓ）≧設定値Ｖｓ（１ｋＶｒｍｓ）
であるから第１の判別器６の出力接点６ａはＯＦＦ（開）となっており、リレー９は、オフである。
なお、第２の接点８ａの上記設定値Ｉｓは、インバータ３の運転開始時にオゾン発生器２があたかも短絡したかのような誤検出をしないように、定格電流（例１０Ａｒｍｓ）の２０％程度に設定している。また、第１の接点６ａの上記設定値Ｖｓは、該電圧計５の測定誤差を考慮し、１ｋＶｒｍｓ程度に設定している。

次に、オゾン発生器２のガラス電極管が短絡したときは、図３に示すようにインバータ３の出力電流に対するオゾン発生器２の電圧が低下し、
インバータ３の出力電流≧設定値Ｉｓ（２Ａｒｍｓ）
であり、第２の判別器８の第２の出力接点８ａはＯＮ（閉）であるが、
オゾン発生器２の電圧≦設定値（１ｋＶｒｍｓ）
であり、第１の判別器６の第１の出力接点６ａはＯＮ（閉）となり、オゾン発生器２の短絡を検出し、リレー９が励磁され、このリレー９のｂ接点９ｂが開となって、インバータ３を停止させる。なお、リレー９の接点９ｂをオゾン発生器２の内部に設けて、リレー９の動作時にオゾン発生器２が動作を停止するようにしてもよい。

次に、図４のタイムチャートに従って、オゾン発生器２が正常に運転している状態からガラス電極管の破損によりオゾン発生器２の短絡検知時の動作する場合について説明する。
オゾン発生器２が正常に運転している場合は、インバータ３の出力電流は、設定値Ｉｓ以上である（図４−（１））であるから、第２の判別器８の第２の出力接点８ａは、ＯＮ（閉）である（図４−（２））。
オゾン発生器２のガラス電極管が破損し、オゾン発生器２の電圧が低下し（図４の（３））、ＴＳ１の時間遅れの後に、オゾン発生器２の電圧計５の出力信号も同様に低下する（図４の（４））。
この電圧計５の出力信号が所定の設定値Ｖｓ以下になるとＴＳ２の時間後れのあとに、第１の判別器の第１の出力接点６ａがＯＦＦ（開）からＯＮ（閉）になる（図４の（５））。リレー９が励磁され（図４の（６））、このリレー９のｂ接点はＴＳ３の時間遅れの後にＯＮ（閉）からＯＦＦ（開）となり（図４の（７））、インバータ３の運転指令がＯＦＦとなり、インバータ３が停止する（図４の（８））。オゾン発生器２のガラス電極管が破損してからインバータ３に停止指令を送るまでの遅れ時間は、上記ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３の和となる。
このガラス電極管の破損からインバータ３に停止指令を送るまでの遅れ時間について図５に基づいて説明する。図５に示すように横軸には、ガラス電極管が破損して短絡した場合に大きな損傷に到らないとみなされる短絡電流値を示している。この実施の形態１が対象としているガラス電極管に対する制約条件は１５Ａである。従って、縦軸に示すインバータ電源への遮断要求時間は大略２０ｍｓｅｃである。ここで通常ＴＳ１は１ｍｓｅｃ、ＴＳ３は１０ｍｓｅｃ程度であり、オゾン発生器２のガラス電極管が破損してからインバータ３に停止指令を送るまでの遅れ時間を２０ｍｓｅｃ以下にする場合は、上記ＴＳ２が９ｍｓｅｃ以下となるよう第１の判別器６を選定する。

このように実施の形態１によるオゾン発生装置１００は、オゾン発生器２のガラス電極管が破損し、緩やかにオゾン発生器２の電圧が低下した場合でも、第１の判別器６に高速（例９ｍｓｅｃ以下）でオゾン発生器２の電圧低下を判別する第１の判別器６を用いることにより、オゾン発生器２のガラス電極管が破損してからインバータ３に停止指令を送るまでの遅れ時間（＝ＴＳ１＋ＴＳ２＋ＴＳ３）を規定時間（例２０ｍｓｅｃ）以下にすることが出来、オゾン発生器２を構成する接地電極管の損傷を最小にすることが出来る効果がある。従ってオゾン発生器２の耐久性が向上するとともに、短絡時の火災等の発生を予防可能となって製品の安全性をより高めることができる。また、軽度の損傷に抑えることも可能となり、定検時等、部品の再使用も可能とすることができる。制御装置としては、マイコンなどを用いるものでもよい。第１の判別器と第２の判別器の出力が入力されて、オゾン発生器に印加される電圧が所定値以下であり、かつインバータの出力電流が所定値以上である場合にオゾン発生器を停止させるものであれば、どのようなものでもよい。制御装置は、前記電圧が所定値以上から所定値以下に低下した時点から前記オゾン発生器が停止する時点までを２０ｍｓｅｃ以下とするものが望ましい。
インバータが出力する電圧によっては、インバータとオゾン発生器の間の変圧器は不要である。変圧器がある場合に、所定値と比較する電圧は変圧器のインバータ側の電圧でもよい。オゾン発生器に印加される電圧に比例する電圧であれば、どのような電圧を第１の判別器で所定値と比較するようにしてもよい。

この発明はオゾンを用いた水処理分野や一般工業化学プラントや半導体装置の酸化膜形成等に利用できる。

２ オゾン発生器、３ インバータ、４ 変圧器、５ 電圧計、６ 第１の判別器、
６ａ 第１の判別器の第１の出力接点、７ 電流計、８ 第２の判別器、
８ａ 第２の判別器の第２の出力接点、１００ オゾン発生装置。

Claims (5)

1. インバータにより電力を供給されるオゾン発生器と、
   前記オゾン発生器に印加される電圧を検出し、該電圧が所定値以下かどうかを判別する第１の判別器と、
   前記インバータの出力電流を検出し、該出力電流が所定値以上かどうかを判別する第２の判別器と、
   前記第１の判別器と前記第２の判別器の出力が入力されて、前記電圧が所定値以下であると前記第１の判別器が判別し、かつ前記出力電流が所定値以上であると前記第２の判別器が判別した場合に前記オゾン発生器を停止させる制御装置とを備えたオゾン発生装置。
2. 前記電圧が所定値より大きい値から所定値以下に低下した時点から前記オゾン発生器が停止する時点までを２０ｍｓｅｃ以下と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。
3. 前記電圧が所定値以下である場合にＯＮとなる第１の接点を前記第１の判別器が有し、
   前記出力電流が所定値以上である場合にＯＮとなる第２の接点を前記第２の判別器が有し、
   前記第１の接点と前記第２の接点とがともにＯＮの場合に通電され、通電されると前記インバータを停止させる接点を有するリレーを前記制御装置が有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。
4. 前記電圧が所定値以下であることを検出する動作遅れ時間ＴＳ１と、前記第１の接点のＯＮ動作遅れ時間ＴＳ２と、前記リレー接点の励磁動作遅れ時間ＴＳ３の合計値が２０ｍｓｅｃ以下とす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. 前記第１の接点のＯＮ動作遅れ時間ＴＳ２を９ｍｓｅｃ以下と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。

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