JP2016037419A - オゾン発生器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、低コスト化を図ることができ、車両等にも搭載可能で、しかも、オゾン発生の高効率化を容易に実現させることができ、常にオゾン発生の高効率を維持させることができるオゾン発生器を提供する。【解決手段】トランス１２と、トランス１２の一次側に接続された直流電源部１４と、トランス１２の二次側に接続された反応器１６と、トランス１２の一次巻線１８の少なくとも一端１８ａと直流電源部１４との間に接続された半導体スイッチ２２と、半導体スイッチ２２をオン／オフ制御することで、反応器１６に交流電圧Ｖ２を印加する制御回路と、を有し、制御回路は、反応器１６に印加される交流電圧Ｖ２の周波数を、トランス１２の一次側の電気信号が最小となるように制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、オゾン発生器に関し、例えば車載用として好適なオゾン発生器に関する。

一般に、オゾン発生用の放電セルにおいて、共振作用による高電圧の印加時、オゾン生成が高効率で行われることが一般的に知られており、その際は放電セル（Ｄｓ）の持つ寄生容量（Ｃｍ）成分と前記放電セル（Ｄｓ）に直列に接続されたインダクタ（Ｌ１）とで構成された共振部のもつ共振周波数を利用してインバータ（Ｕｊ）を共振周波数で駆動し高電圧を印加することが好適である。この手法を実現するオゾン発生器として、例えば特許文献１記載の放電セル放電回路が挙げられる。

この放電セル放電回路は、一対の平板と誘電体で構成された高濃度のオゾンを生成する回路であって、周波数印加手段の駆動周波数を常に自動的に共振周波数近傍の状態としながらオゾン生成量の調整を可能とするものである。

具体的には、放電セル放電回路は、共振部の共振周波数とインバータの駆動周波数とを同調させるようにインバータの駆動周波数を制御する同調制御部を有する。

この同調制御部は、トランスの二次側の共振部に流れる電流の位相と共振部の電圧の位相との差を示す共振位相差信号に基づいて、インバータの駆動周波数を共振部の共振周波数に同調させるように、インバータをフィードバック制御する。

特許第５１９３０８６号公報

ところで、オゾン発生器としては、例えば車載用のオゾン発生器がある。車載用のオゾン発生器の用途としては、例えば燃焼室への燃料の噴射のタイミングに合わせて、噴射燃料中にオゾン発生器で発生させたオゾンを混入させることで、燃料への着火を促進させること等が挙げられる。

特許文献１記載の放電セル放電回路の同調制御部は、トランスの二次側の共振部に流れる電流の位相と共振部の電圧の位相との差を検出して制御を行っている。トランスの二次側に発生する電圧は、トランスにて昇圧された高い電圧値であることから、同調制御部として、高い電圧値に対応した大規模な回路構成が必要となる。そのため、特許文献１記載の放電セル放電回路をオゾン発生器に適用した場合、サイズが大きくなり、また、コストが高くなることから、車載用のオゾン発生器に適用することが困難になる。

また、二次側の共振周波数を記憶しておいて、インバータ（Ｕｊ）を記憶した共振周波数で駆動することも考えられるが、オゾンを発生させる雰囲気の変化（温度、湿度、圧力、電極汚れ等）によって、共振周波数が変化するため、回路損失が増大するという問題がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、小型化、低コスト化を図ることができ、車両等にも搭載可能で、しかも、オゾン発生の高効率化を容易に実現させることができ、常にオゾン発生の高効率を維持させることができるオゾン発生器を提供することを目的とする。

［１］ 本発明に係るオゾン発生器は、トランスと、前記トランスの一次側に接続された直流電源部と、前記トランスの二次側に接続された反応器と、前記トランスの一次巻線の一端と前記直流電源部との間に接続されたスイッチ部と、前記スイッチ部をオン／オフ制御することで、前記反応器に電圧を印加する制御回路と、を有し、前記制御回路は、前記反応器に印加される電圧の周波数を、前記トランスの一次側の電気信号が最小となるように制御することを特徴とする。

スイッチ部のオンとオフのスイッチング周波数を、容易にトランスの二次側の共振周波数に合わせ込むことができ、オゾン発生の高効率化を容易に実現させることができ、常にオゾン発生の高効率を維持させることができる。しかも、制御回路にて、二次側の高電圧等を参照する必要がないため、回路構成も簡単で済み、サイズの小型化を図ることができる。

これにより、例えば車載用のオゾン発生器に用いて好適となる。車載用のオゾン発生器の用途としては、例えば燃焼室への燃料の噴射のタイミングに合わせて、噴射燃料中にオゾン発生器で発生させたオゾンを混入させることで、燃料への着火を促進させること等が挙げられる。

［２］ 本発明において、前記制御回路は、前記スイッチ部をオン／オフ制御するスイッチング周波数を、基準周波数から一定の変動幅で更新することで、前記トランスの一次側の電気信号が最小となるように制御してもよい。

この場合、予め二次側の共振周波数を記憶しておく必要がなく、しかも、オゾンを発生させる雰囲気の変化（温度、湿度、圧力、電極汚れ等）によって、共振周波数が変化しても、スイッチ部のオンとオフのスイッチング周波数を、変化した共振周波数に合わせ込むことができる。

［３］ 本発明において、前記スイッチ部は、前記トランスの一次巻線の一端と前記直流電源部との間に接続されていてもよい。

［４］ この場合、前記制御回路は、前記反応器に印加される電圧の周波数を、前記トランスの一次側の電流値が最小となるように制御してもよい。

一次側の電流値を検知するだけでよいため、オゾン発生器の回路構成が簡単になり、スイッチ部のオンとオフのスイッチング周波数を、トランスの二次側の共振周波数に合わせ込む処理も簡単になる。

［５］ あるいは、前記制御回路は、前記反応器に印加される電圧の周波数を、前記トランスの一次側の電力値が最小となるように制御してもよい。

この場合、一次側の電圧値と電流値による電力値を参照するようにしたので、直流電源部の電源電圧が変動する場合でも、スイッチ部のオンとオフのスイッチング周波数を、容易にトランスの二次側の共振周波数に合わせ込むことができる。

［６］ 本発明において、前記スイッチ部は、前記トランスの両端と前記直流電源部の両端との間に接続されていてもよい。

［７］ この場合、前記制御回路は、前記反応器に印加される電圧の周波数を、前記トランスの一次側の電流と電圧との位相差がゼロとなるように制御してもよい。

トランスの一次側の電流と電圧との位相差を参照するようにしたので、トランスと直流電源部との間にインバータが接続されているオゾン発生器に用いて好適であり、インバータのオンとオフのスイッチング周波数を、容易にトランスの二次側の共振周波数に合わせ込むことができる。

［８］ 本発明において、前記反応器は、２つの放電電極が所定のギャップ長を隔てて配置された１以上の電極対を有し、前記電極対の少なくとも前記２つの放電電極間に原料ガスを通過させ、前記２つの放電電極間に印加される前記電圧によって、前記２つの放電電極間に放電を発生させることで、オゾンを発生してもよい。

本発明に係るオゾン発生器によれば、小型化、低コスト化を図ることができ、車両等にも搭載可能で、しかも、オゾン発生の高効率化を容易に実現させることができ、常にオゾン発生の高効率を維持させることができる。

第１の実施の形態に係るオゾン発生器（第１オゾン発生器）の構成を示す回路図である。 反応器の要部を拡大して示す縦断面図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線上の断面図である。 第１オゾン発生器の処理動作を示すタイミングチャートである。 第１オゾン発生器において、スイッチング周波数に対する一次側の電流値の変化を示すグラフである。 第１オゾン発生器の処理動作を示すフローチャートである。 第２の実施の形態に係るオゾン発生器（第２オゾン発生器）の構成を示す回路図である。 第２オゾン発生器において、スイッチング周波数に対する一次側の電力値の変化を示すグラフである。 第２オゾン発生器の処理動作を示すフローチャートである。 第３の実施の形態に係るオゾン発生器（第３オゾン発生器）の構成を示す回路図である。 第３オゾン発生器において、スイッチング周波数に対する一次側の電圧と電流の位相差の変化を示すグラフである。 第３オゾン発生器の処理動作を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るオゾン発生器の実施の形態例を図１〜図１２を参照しながら説明する。

先ず、第１の本実施の形態に係るオゾン発生器（以下、第１オゾン発生器１０Ａと記す）は、図１に示すように、トランス１２と、該トランス１２の一次側に接続された直流電源部１４と、トランス１２の二次側に接続された反応器１６と、トランス１２の一次巻線１８の一端１８ａと直流電源部１４との間に接続され、逆並列で接続されたダイオード２０を有する半導体スイッチ２２と、半導体スイッチ２２をオン／オフ制御することで、反応器１６に電圧を印加する第１制御回路２４Ａとを有する。

直流電源部１４は、直流電源２６とコンデンサ２８とが並列に接続されて構成されている。従って、直流電源部１４の正極端子３０ａ（直流電源２６の＋端子とコンデンサ２８の一方の電極との接点）と一次巻線１８の他端１８ｂとが接続され、直流電源部１４の負極端子３０ｂ（直流電源２６の−端子とコンデンサ２８の他方の電極との接点）と一次巻線１８の一端１８ａとの間に半導体スイッチ２２が接続されている。なお、図１の例では、半導体スイッチ２２が直流電源部１４の負極端子３０ｂ側に設けられているが、正極端子３０ａ側に設けても同じ効果をもたらすことはいうまでもない。

半導体スイッチ２２は、自己消弧形あるいは転流消弧形のデバイスを用いることができるが、この実施の形態では、電界効果型トランジスタ、例えばダイオード２０が逆並列で内蔵されたＭＯＳＦＥＴを使用している。ＭＯＳＦＥＴとしては、ＳｉＣ（炭化珪素）を用いたＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴでもよい。

第１制御回路２４Ａは、半導体スイッチ２２をオン／オフ制御するためのスイッチング制御信号（以下、制御信号Ｓｃと記す）を生成する。半導体スイッチ２２のゲートには、第１制御回路２４Ａからの制御信号Ｓｃが印加されるようになっており、第１制御回路２４Ａによって半導体スイッチ２２のオン及びオフが制御される。

第１オゾン発生器１０Ａは、トランス１２の一次側に流れる電流（電流値Ｉ１）を検知する電流検知手段３２を有する。電流検知手段３２としては、トランス１２の一次側に流れる電流（電流値Ｉ１）を検知することができるものであれば手段は問わないが、例えばＤＣＣＴ（直流電流トランス）等で構成された非接触型の直流電流計が好ましい。

反応器１６は、図２に示すように、中空部３４を有し、該中空部３４に原料ガス３６が供給される筐体３８と、筐体３８の中空部３４に設置された１以上の電極対４０とを有する。電極対４０は、２つの放電電極４２が所定のギャップ長Ｄｇを隔てて配置されて構成されている。

反応器１６は、電極対４０の少なくとも２つの放電電極４２間に原料ガス３６を通過させ、２つの放電電極４２間に放電を発生させることで、オゾンを発生させる。２つの放電電極４２で挟まれた空間は、放電が発生する空間であることから、ここでは、放電空間４４と定義する。

特に、本実施の形態では、筐体３８の互いに対向する内壁（一方の内壁４６ａ及び他方の内壁４６ｂ）間において、複数の電極対４０が直列あるいは並列あるいは直列及び並列に配列される。図２の例では複数の電極対を直列及び並列に配列した例を示す。

図３に示すように、各放電電極４２は棒状を有し、原料ガス３６（図２参照）の流れの主方向を法線方向とする原料ガス通過面４８に沿って延び、筐体３８の一方の側壁５０ａ及び他方の側壁５０ｂ間に張設されている。すなわち、筐体３８の中空部３４を原料ガス通過面４８に沿って横断し、筐体３８の一方の側壁５０ａ及び他方の側壁５０ｂに固定された形態となっている。なお、原料ガス３６の流れの主方向とは、原料ガス３６の中央部分における指向性のある流れの方向を示し、これは、原料ガス３６の周辺部の指向性のない流れ成分の方向を排除する意味である。

各放電電極４２は、中空部５２を有する筒状の誘電体５４と、該誘電体５４の中空部５２内に位置された導体５６とを有する。図２及び図３では、誘電体５４は円筒状を有し、横断面形状が円形の中空部５２が形成された例を示す。導体５６は横断面形状が円形を有する。もちろん、これらの形状に限定する必要はなく、誘電体５４は、横断面形状が三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形の筒状としてもよい。これに対応させて、導体５６の形状も横断面形状が三角形、四角形、五角形、六角形、八角形等の多角形の柱状としてもよい。

原料ガス３６は、本実施の形態では、オゾンを発生させることを目的としているため、大気や酸素を含んだガスを例示することができる。この場合、除湿されていない空気であっても構わない。

導体５６の材料は、モリブデン、タングステン、ステンレス、銀、銅、ニッケル及びこれらの中から少なくとも１つを含む合金からなる群より選ばれた１つであることが好ましい。合金としては、インバー、コバール、インコネル（登録商標）、インコロイ（登録商標）を例示することができる。

また、誘電体５４の材料は、導体５６の融点未満の温度において焼成することができるセラミックス材料、例えば酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ネオジム、窒化チタン、窒化アルミ、窒化珪素、アルミナ、シリカ及びムライトからなる群から選ばれた１つ以上の材料を含む単独もしくは複合酸化物や複合窒化物であることが好ましい。

ここで、第１オゾン発生器１０Ａの処理動作について図４を参照しながら説明する。

先ず、サイクル１の開始時点ｔ０において、例えば制御信号Ｓｃの入力に基づいて、半導体スイッチ２２がオンになると、半導体スイッチ２２のオン期間Ｔ１にわたって、トランス１２に直流電源部１４の電源電圧Ｅとほぼ同じ電圧が印加され、トランス１２の一次インダクタンス（励磁インダクタンス）をＬとしたとき、トランス１２の一次巻線１８に流れる一次電流Ｉ１は勾配（Ｅ／Ｌ）で時間の経過に伴って直線状に増加し、トランス１２への誘導エネルギーの蓄積が行われる。

その後、一次電流Ｉ１の値が予め決められたピーク値Ｉｐ１となった時点ｔ１において、半導体スイッチ２２がオフになると、反応器１６への高電圧の交流電圧Ｖ２（二次電圧）の供給が開始されると共に、正方向に二次電流Ｉ２が流れる。そして、交流電圧Ｖ２のピークの時点ｔ２で二次電流Ｉ２がゼロとなり、時点ｔ２を過ぎると、負方向に二次電流Ｉ２が流れる。

半導体スイッチ２２のオフ期間Ｔ２が経過した時点でサイクル２が開始され、上述したサイクル１と同様の動作が繰り返される。このようにして、反応器１６に高電圧の交流電圧Ｖ２が印加されることとなる。

そして、第１オゾン発生器１０Ａは、半導体スイッチ２２をオン及びオフするスイッチング周波数ｆを、トランス１２の励磁インダクタンスＬ、巻線容量Ｃａ及び反応器１６の放電電極４２間の容量Ｃｂから構成される二次側の共振周波数ｆｃに合わせ込むことで、オゾン発生の高効率化を図ることができる。

そこで、第１制御回路２４Ａは、反応器１６に印加される交流電圧Ｖ２の周波数を、トランス１２の一次側の電気信号が最小となるように制御する。特に、この第１オゾン発生器１０Ａでは、反応器１６に印加される交流電圧Ｖ２の周波数を、トランス１２の一次側の電流値Ｉ１が最小となるように制御する。

具体的には、図５に示すように、スイッチング周波数ｆを予め設定された基準周波数ｆｂから一定の変動幅Δｆだけ一方向（高周波側）に順次変化させていくと、トランス１２の一次側の電流値Ｉ１は徐々に低下する。しかし、ある周波数を超えた段階から今度は徐々に増加していくことになる。スイッチング周波数ｆを、この電流値Ｉ１の最小値に対応する周波数とすることで、スイッチング周波数ｆを、二次側の共振周波数ｆｃに合わせ込むことが可能となる。なお、基準周波数ｆｂは、図５に示すように、共振周波数ｆｃより低いことが好ましい。

ここで、第１オゾン発生器１０Ａの第１制御回路２４Ａの構成と処理動作を図１、図４及び図５を参照しながら説明する。

先ず、第１制御回路２４Ａは、図１に示すように、電流検知手段３２からの電流値Ｉ１を取得する電流値取得部６０と、前回取得した電流値Ｉ１と今回取得した電流値Ｉ１とを比較する電流値比較部６２と、半導体スイッチ２２のオンとオフのスイッチング周波数ｆを電流値Ｉ１の推移に応じて設定する第１周波数設定部６４Ａと、設定されたスイッチング周波数ｆに応じた制御信号Ｓｃを生成して出力する第１制御信号生成部６６Ａとを有する。

そして、図６のステップＳ１において、第１周波数設定部６４Ａは、スイッチング周波数ｆを予め設定された基準周波数ｆｂに設定する。

ステップＳ２において、第１制御信号生成部６６Ａは、設定されたスイッチング周波数ｆに応じた制御信号Ｓｃを生成して出力する。

ステップＳ３において、電流値取得部６０は、電流検知手段３２からの電流値Ｉ１を取得してレジスタ６８に格納する。

ステップＳ４において、第１周波数設定部６４Ａは、スイッチング周波数ｆを、現在の周波数よりも予め設定された変動幅Δｆだけ高い周波数に設定する。

ステップＳ５において、第１制御信号生成部６６Ａは、設定された周波数に応じた制御信号Ｓｃを生成して出力する。

ステップＳ６において、電流値取得部６０は、電流検知手段３２からの電流値Ｉ１を取得する。

ステップＳ７において、電流値比較部６２は、取得された電流値Ｉ１（今回の電流値）と、レジスタ６８に格納されている前回の電流値Ｉ１とを比較する。

今回の電流値Ｉ１が前回の電流値Ｉ１よりも低い場合は、ステップＳ８に進み、第１周波数設定部６４Ａは、スイッチング周波数ｆを、現在の周波数よりも予め設定された変動幅Δｆだけ高い周波数に設定する。

一方、今回の電流値Ｉ１が前回の電流値Ｉ１よりも高い場合は、ステップＳ９に進み、第１周波数設定部６４Ａは、スイッチング周波数ｆを、現在の周波数よりも予め設定された変動幅Δｆだけ低い周波数に設定する。

ステップＳ８での処理あるいはステップＳ９での処理が終了した段階で、次のステップＳ１０に進み、第１制御信号生成部６６Ａは、設定されたスイッチング周波数ｆに応じた制御信号Ｓｃを生成して出力する。

次のステップＳ１１において、第１オゾン発生器１０Ａに対する終了要求（電源断、メンテナンス要求等）があるか否かを判別する。終了要求がなければステップＳ６に戻り、ステップＳ６以降の処理を繰り返す。終了要求があれば、第１オゾン発生器１０Ａでの処理を終了する。

このように、第１オゾン発生器１０Ａは、反応器１６に印加される交流電圧Ｖ２の周波数を、トランス１２の一次側の電流値Ｉ１が最小となるように制御したので、半導体スイッチ２２のオンとオフのスイッチング周波数を、容易にトランス１２の二次側の共振周波数ｆｃに合わせ込むことができ、オゾン発生の高効率化を容易に実現させることができ、常にオゾン発生の高効率を維持させることができる。しかも、第１制御回路２４Ａにて、二次側の高電圧等を参照する必要がないため、回路構成も簡単で済み、サイズの小型化を図ることができる。また、一次側の電流値Ｉ１を検知するだけでよいため、第１オゾン発生器１０Ａの回路構成が簡単になり、半導体スイッチ２２のオンとオフのスイッチング周波数ｆを、トランス１２の二次側の共振周波数ｆｃに合わせ込む処理も簡単になる。

これにより、例えば車載用のオゾン発生器に用いて好適となる。車載用のオゾン発生器の用途としては、例えば燃焼室への燃料の噴射のタイミングに合わせて、噴射燃料中にオゾン発生器で発生させたオゾンを混入させることで、燃料への着火を促進させること等が挙げられる。

第１制御回路２４Ａは、スイッチング周波数ｆを、基準周波数ｆｂから一定の変動幅Δｆで更新することで、一次側の電流値Ｉ１が最小となるように制御したので、予め二次側の共振周波数ｆｃを記憶しておく必要がなく、しかも、オゾンを発生させる雰囲気の変化（温度、湿度、圧力、電極汚れ等）によって、共振周波数ｆｃが変化しても、スイッチング周波数ｆを、変化した共振周波数ｆｃに合わせ込むことができる。

次に、第２の本実施の形態に係るオゾン発生器（以下、第２オゾン発生器１０Ｂと記す）について図７〜図９を参照しながら説明する。

第２オゾン発生器１０Ｂは、図７に示すように、上述した第１オゾン発生器１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、第２オゾン発生器１０Ｂの制御回路（第２制御回路２４Ｂ）が、反応器１６に印加される交流電圧Ｖ２の周波数を、トランスの一次側の電力値Ｐ１が最小となるように制御する点で異なる。

図８に示すように、スイッチング周波数ｆを予め設定された基準周波数ｆｂから一定の変動幅Δｆだけ一方向に順次変化させていくと、トランス１２の一次側の電力値Ｐ１は徐々に低下する。しかし、ある周波数を超えた段階から今度は徐々に増加していくことになる。スイッチング周波数ｆを、この電力値Ｐ１の最小値に対応する周波数とすることで、スイッチング周波数ｆを、二次側の共振周波数ｆｃに合わせ込むことが可能となる。

従って、この第２オゾン発生器１０Ｂでは、図７に示すように、一次側の直流電圧（電圧値Ｖ１）を検知する電圧検知手段７０と、該電圧検知手段７０からの電圧値Ｖ１と電流検知手段３２からの電流値Ｉ１とを乗算して電力値Ｐ１を求める電力値取得部７２と、前回取得した電力値と今回取得した電力値とを比較する電力値比較部７４と、半導体スイッチ２２のオンとオフのスイッチング周波数ｆを電力値Ｐ１の推移に応じて設定する第２周波数設定部６４Ｂと、設定されたスイッチング周波数ｆに応じた制御信号Ｓｃを生成して出力する第２制御信号生成部６６Ｂとを有する。

ここで、第２オゾン発生器１０Ｂの処理動作について図９を参照しながら説明する。

図９のステップＳ１０１において、第２周波数設定部６４Ｂは、スイッチング周波数ｆを予め設定された基準周波数ｆｂに設定する。

ステップＳ１０２において、第２制御信号生成部６６Ｂは、設定されたスイッチング周波数ｆに応じた制御信号Ｓｃを生成して出力する。

ステップＳ１０３において、電力値取得部７２は、電圧検知手段７０からの電圧値Ｖ１と電流検知手段３２からの電流値Ｉ１とを乗算して電力値Ｐ１を求め、得られた電力値Ｐ１をレジスタ６８に格納する。

ステップＳ１０４において、第２周波数設定部６４Ｂは、現在の周波数よりも予め設定された変動幅Δｆだけ高い周波数に設定する。

ステップＳ１０５において、第２制御信号生成部６６Ｂは、設定された周波数に応じた制御信号Ｓｃを生成して出力する。

ステップＳ１０６において、電力値取得部７２は、電圧検知手段７０からの電圧値Ｖ１と電流検知手段３２からの電流値Ｉ１とを乗算して電力値Ｐ１を求める。

ステップＳ１０７において、電力値比較部７４は、得られた電力値Ｐ１（今回の電力値）と、レジスタ６８に格納されている前回の電力値Ｐ１とを比較する。

今回の電力値Ｐ１が前回の電力値Ｐ１よりも低い場合は、ステップＳ１０８に進み、第２周波数設定部６４Ｂは、スイッチング周波数ｆを、現在の周波数よりも予め設定された変動幅Δｆだけ高い周波数に設定する。

一方、今回の電力値Ｐ１が前回の電力値Ｐ１よりも高い場合は、ステップＳ１０９に進み、第２周波数設定部６４Ｂは、スイッチング周波数ｆを、現在の周波数よりも予め設定された変動幅Δｆだけ低い周波数に設定する。

ステップＳ１０８での処理あるいはステップＳ１０９での処理が終了した段階で、次のステップＳ１１０に進み、第２制御信号生成部６６Ｂは、設定されたスイッチング周波数ｆに応じた制御信号Ｓｃを生成して出力する。

次のステップＳ１１１において、第２オゾン発生器１０Ｂに対する終了要求（電源断、メンテナンス要求等）があるか否かを判別する。終了要求がなければステップＳ１０６に戻り、ステップＳ１０６以降の処理を繰り返す。終了要求があれば、第２オゾン発生器１０Ｂでの処理を終了する。

このように、第２オゾン発生器１０Ｂは、反応器１６に印加される交流電圧Ｖ２の周波数を、トランス１２の一次側の電力値Ｐ１が最小となるように制御したので、半導体スイッチ２２のオンとオフのスイッチング周波数ｆを、容易にトランス１２の二次側の共振周波数ｆｃに合わせ込むことができ、オゾン発生の高効率化を容易に実現させることができ、常にオゾン発生の高効率を維持させることができる。しかも、第２制御回路２４Ｂにて、二次側の高電圧等を参照する必要がないため、回路構成も簡単で済み、サイズの小型化を図ることができる。これにより、第１オゾン発生器１０Ａと同様に、例えば車載用のオゾン発生器に用いて好適となる。また、スイッチング周波数ｆを、基準周波数ｆｂから一定の変動幅Δｆで更新しながら一次側の電力値Ｐ１が最小となるように制御したので、予め二次側の共振周波数ｆｃを記憶しておく必要がなく、しかも、オゾンを発生させる雰囲気の変化によって、共振周波数ｆｃが変化しても、スイッチング周波数ｆを、変化した共振周波数ｆｃに合わせ込むことができる。

特に、第２オゾン発生器１０Ｂでは、一次側の電圧値Ｖ１と電流値Ｉ１による電力値Ｐ１を参照するようにしたので、直流電源部１４の電源電圧が変動する場合でも、半導体スイッチ２２のオンとオフのスイッチング周波数ｆを、容易にトランス１２の二次側の共振周波数ｆｃに合わせ込むことができる。

次に、第３の本実施の形態に係るオゾン発生器（以下、第３オゾン発生器１０Ｃと記す）について図１０〜図１２を参照しながら説明する。

第３オゾン発生器１０Ｃは、図１０に示すように、上述した第１オゾン発生器１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、直流電源部１４とトランス１２との間にインバータ７６が接続されている点で異なる。

インバータ７６は、直流電源部１４の正極端子３０ａとトランス１２の一次巻線１８の一端１８ａとの間に接続された第１半導体スイッチＱ１と、一次巻線１８の一端１８ａと直流電源部１４の負極端子３０ｂとの間に接続された第２半導体スイッチＱ２と、直流電源部１４の正極端子３０ａと一次巻線１８の他端１８ｂとの間に接続された第３半導体スイッチＱ３と、一次巻線１８の他端１８ｂと直流電源部１４の負極端子３０ｂとの間に接続された第４半導体スイッチＱ４とを有する。

第３オゾン発生器１０Ｃの第３制御回路２４Ｃは、第１半導体スイッチＱ１〜第４半導体スイッチＱ４をそれぞれオン／オフ制御するための第１制御信号Ｓｃ１〜第４制御信号Ｓｃ４を生成する。例えば各サイクルの前半において、例えば第２半導体スイッチＱ２及び第３半導体スイッチＱ３が共にオン、第１半導体スイッチＱ１及び第４半導体スイッチＱ４が共にオフになることで、一次側の電流（電流値Ｉ１）が一次巻線１８の他端１８ｂから一端１８ａに向かって流れる。各サイクルの後半において、第１半導体スイッチＱ１及び第４半導体スイッチＱ４が共にオン、第２半導体スイッチＱ２及び第３半導体スイッチＱ３が共にオフになることで、一次側の電流（電流値Ｉ１）が一次巻線１８の一端１８ａから他端１８ｂに向かって流れる。これによって、反応器１６に高電圧の交流電圧Ｖ２が印加されることとなる。

そして、第３制御回路２４Ｃは、反応器１６に印加される交流電圧Ｖ２の周波数を、トランス１２の一次側の電圧（電圧値Ｖ１）の位相と一次側の電流（電流値Ｉ１）の位相との差（位相差θ）がゼロとなるように制御する。

図１１に示すように、スイッチング周波数ｆを一定の変動幅Δｆだけ一方向に順次変化させていくと、位相差θは徐々に低下する。スイッチング周波数ｆを、位相差θがゼロとなる周波数とすることで、スイッチング周波数ｆを、二次側の共振周波数ｆｃに合わせ込むことが可能となる。

従って、この第３オゾン発生器１０Ｃでは、図１０に示すように、電流検知手段３２からの電流値Ｉ１から一次側の電流の位相を検知する電流位相検知部７８と、一次巻線１８の一端１８ａと他端１８ｂとの間の一次電圧Ｖ１を検知する一次電圧検知手段８０と、該一次電圧検知手段８０からの電圧値Ｖ１から一次側の電圧の位相を検知する電圧位相検知部８２とを有する。

また、この第３オゾン発生器１０Ｃは、電流位相検知部７８からの電流位相と電圧位相検知部８２からの電圧位相との差（位相差θ）を算出する位相差取得部８４と、位相差θの正負を判別する位相差判別部８６と、第１半導体スイッチＱ１〜第４半導体スイッチＱ４のオンとオフのスイッチング周波数ｆを位相差θの推移に応じて設定する第３周波数設定部６４Ｃと、設定されたスイッチング周波数ｆに応じた第１制御信号Ｓｃ１〜第４制御信号Ｓｃ４を生成して出力する第３制御信号生成部６６Ｃとを有する。

ここで、第３オゾン発生器１０Ｃの処理動作について図１２を参照しながら説明する。

図１２のステップＳ２０１において、第３周波数設定部６４Ｃは、スイッチング周波数ｆを予め設定された基準周波数ｆｂに設定する。

ステップＳ２０２において、第３制御信号生成部６６Ｃは、設定されたスイッチング周波数ｆに応じた第１制御信号Ｓｃ１〜第４制御信号Ｓｃ４を生成して出力する。

ステップＳ２０３において、位相差取得部８４は、電圧位相検知部８２からの電圧位相と電流位相検知部７８からの電流位相との差（位相差θ）を取得する。

ステップＳ２０４において、位相差判別部８６は、位相差θが正負を判別する。

位相差θが正であれば、ステップＳ２０５に進み、第３周波数設定部６４Ｃは、スイッチング周波数ｆを、現在の周波数よりも予め設定された変動幅Δｆだけ高い周波数に設定する。

一方、位相差θが負であれば、ステップＳ２０６に進み、第３周波数設定部６４Ｃは、スイッチング周波数ｆを、現在の周波数よりも予め設定された変動幅Δｆだけ低い周波数に設定する。

位相差θがゼロであれば、第３周波数設定部６４Ｃは、スイッチング周波数ｆを現在の周波数に維持する。

ステップＳ２０５での処理、あるいはステップＳ２０６での処理が終了した段階、あるいは位相差θがゼロであった場合は、次のステップＳ２０７に進み、第３制御信号生成部６６Ｃは、設定された周波数に応じた第１制御信号Ｓｃ１〜第４制御信号Ｓｃ４を生成して出力する。

次のステップＳ２０８において、第３オゾン発生器１０Ｃに対する終了要求（電源断、メンテナンス要求等）があるか否かを判別する。終了要求がなければステップＳ２０３に戻り、ステップＳ２０３以降の処理を繰り返す。終了要求があれば、第３オゾン発生器１０Ｃでの処理を終了する。

このように、第３オゾン発生器１０Ｃは、反応器１６に印加される交流電圧Ｖ２の周波数を、トランス１２の一次側の電流と電圧との位相差θがゼロとなるように制御したので、インバータ７６のオンとオフのスイッチング周波数ｆを、容易にトランス１２の二次側の共振周波数ｆｃに合わせ込むことができ、オゾン発生の高効率化を容易に実現させることができ、常にオゾン発生の高効率を維持させることができる。しかも、第３制御回路２４Ｃにて、二次側の高電圧等を参照する必要がないため、回路構成も簡単で済み、サイズの小型化を図ることができる。これにより、第１オゾン発生器１０Ａと同様に、例えば車載用のオゾン発生器に用いて好適となる。また、スイッチング周波数ｆを、基準周波数ｆｂから一定の変動幅Δｆで更新しながら一次側の電流と電圧との位相差θがゼロとなるように制御したので、予め二次側の共振周波数ｆｃを記憶しておく必要がなく、しかも、オゾンを発生させる雰囲気の変化によって、共振周波数ｆｃが変化しても、スイッチング周波数ｆを、変化した共振周波数ｆｃに合わせ込むことができる。

特に、第３オゾン発生器１０Ｃでは、トランス１２の一次側の電流と電圧との位相差θを参照するようにしたので、トランス１２と直流電源部１４との間にインバータ７６が接続されているオゾン発生器に用いて好適であり、インバータ７６のオンとオフのスイッチング周波数ｆを、容易にトランス１２の二次側の共振周波数ｆｃに合わせ込むことができる。

なお、本発明に係るオゾン発生器は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０Ａ〜１０Ｃ…第１オゾン発生器〜第３オゾン発生器
１２…トランス １４…直流電源部
１６…反応器 １８…一次巻線
１８ａ…一端 １８ｂ…他端
２２…半導体スイッチ ２４Ａ…第１制御回路
３２…電流検知手段 ３６…原料ガス
４０…電極対 ４２…放電電極
６０…電流値取得部 ６２…電流値比較部
６４Ａ〜６４Ｃ…第１周波数設定部〜第３周波数設定部
６６Ａ〜６６Ｃ…第１制御信号生成部〜第３制御信号生成部
７０…電圧検知手段 ７２…電力値取得部
７４…電力値比較部 ７６…インバータ
７８…電流位相検知部 ８０…一次電圧検知手段
８２…電圧位相検知部 ８４…位相差取得部
８６…位相差判別部 Ｄｇ…ギャップ長

Claims (8)

1. トランスと、
   前記トランスの一次側に接続された直流電源部と、
   前記トランスの二次側に接続された反応器と、
   前記トランスの一次巻線の少なくとも一端と前記直流電源部との間に接続されたスイッチ部と、
   前記スイッチ部をオン／オフ制御することで、前記反応器に電圧を印加する制御回路と、を有し、
   前記制御回路は、前記反応器に印加される電圧の周波数を、前記トランスの一次側の電気信号が最小となるように制御することを特徴とするオゾン発生器。
2. 請求項１記載のオゾン発生器において、
   前記制御回路は、前記スイッチ部をオン／オフ制御するスイッチング周波数を、基準周波数から一定の変動幅で更新することで、前記トランスの一次側の電気信号が最小となるように制御することを特徴とするオゾン発生器。
3. 請求項１又は２記載のオゾン発生器において、
   前記スイッチ部は、前記トランスの一次巻線の一端と前記直流電源部との間に接続されていることを特徴とするオゾン発生器。
4. 請求項３記載のオゾン発生器において、
   前記制御回路は、前記反応器に印加される電圧の周波数を、前記トランスの一次側の電流値が最小となるように制御することを特徴とするオゾン発生器。
5. 請求項３記載のオゾン発生器において、
   前記制御回路は、前記反応器に印加される電圧の周波数を、前記トランスの一次側の電力値が最小となるように制御することを特徴とするオゾン発生器。
   
6. 請求項１又は２記載のオゾン発生器において、
   前記スイッチ部は、前記トランスの両端と前記直流電源部の両端との間に接続されていることを特徴とするオゾン発生器。
7. 請求項６記載のオゾン発生器において、
   前記制御回路は、前記反応器に印加される電圧の周波数を、前記トランスの一次側の電流と電圧との位相差がゼロとなるように制御することを特徴とするオゾン発生器。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のオゾン発生器において、
   前記反応器は、
   ２つの放電電極が所定のギャップ長を隔てて配置された１以上の電極対を有し、
   前記電極対の少なくとも前記２つの放電電極間に原料ガスを通過させ、前記２つの放電電極間に印加される前記電圧によって、前記２つの放電電極間に放電を発生させることで、オゾンを発生することを特徴とするオゾン発生器。

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