JP2016037420A - オゾン発生器及びその故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反応器内の放電電極の開放故障を容易に検出することができ、オゾン発生器の運転継続を続行すべきかどうかを簡単に判別することができるオゾン発生器及びその故障診断方法を提供する。【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、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、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し、一定の変動幅の更新回数がしきい値を超えた段階で、故障と判断する。【選択図】図１

Description

本発明は、オゾン発生器及びその故障診断方法に関し、例えば車載用として好適なオゾン発生器及びその故障診断方法に関する。

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。しかしながら、オゾンを発生させる例えば反応器内に設置された放電電極の開放故障が生じた場合に、その故障を検出することが必要となるが、従来から採用されている電流検出方式やオゾン発生量による検出方式では、誤差が大きいという問題がある。特に、放電電極の数が多い場合に検出が困難である。

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、反応器内の放電電極の開放故障を容易に検出することができ、オゾン発生器の運転継続を続行すべきかどうかを簡単に判別することができるオゾン発生器及びその故障診断方法を提供することを目的とする。

［１］ 第１の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、前記スイッチ部を設定されたスイッチング周波数でオン／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、前記一定の変動幅の更新回数がしきい値を超えた段階で、故障と判断することを特徴とする。

先ず、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しながら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で、スイッチング周波数を、二次側の共振周波数に合わせ込むことが可能となる。一方、例えば反応器の経年変化等によって、複数の電極対のうち、いくつかの電極対が開放故障を起こすと、開放故障を起こした電極対に相当する容量成分が減ることから、二次側の共振周波数がその分高くなる。その結果、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ための更新回数（一定の変動幅で更新する回数）が増加することとなる。このことから、実験やシミュレーションによって、例えばオゾン発生器を運転継続する上で支障が出てくる故障電極対の個数を予め設定する。そして、設定した故障電極対の個数に対応する更新回数をしきい値とすることで、反応器内の放電電極の開放故障を容易に検出することができ、オゾン発生器の運転継続を続行すべきかどうかを簡単に判別することができる。

また、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しながら、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期間は、オゾン発生器の最初の運転開始から運転終了までの期間（便宜的に、第１期間と記す）のみの場合や、第１期間のほか、オゾン発生器の運転終了後、運転再開してから運転終了までの期間（便宜的に、第２期間と記す）を含む場合がある。第２期間も複数にわたる場合もある。第１期間のみ、あるいは、第１期間のほか、それに続く１以上の第２期間を含む期間中において、一定の変動幅の更新回数がカウントされ、累積されていくことになる。そして、一定の変動幅の更新回数、すなわち、累積した更新回数がしきい値を超えた段階で、故障と判断される。

［２］ 第１の本発明において、前記制御回路は、当該オゾン発生器の運転終了後、運転再開の際に、前記基準周波数に代えて、前回の運転終了時の周波数から前記制御を開始し、前回の運転終了時の更新回数を初期値として、該初期値から更新回数のカウントを再開してもよい。

これは、上述した第１期間に続く１以上の第２期間を含む期間での動作を示すもので、各第２期間での運転再開の際に、前回の運転終了時の周波数から前記制御を開始する。すなわち、スイッチング周波数を前回の運転終了時の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。そして、第２期間では、前回の運転終了時の更新回数を初期値として、該初期値から更新回数のカウントを再開する。つまり、初期の基準周波数と前回の運転終了時の周波数とから計算された周波数移動に要する更新回数を初期値として、更新回数のカウントを再開する。これにより、第１期間のほか、それに続く１以上の第２期間を含む期間中において、一定の変動幅の更新回数が累積されていき、この累積した更新回数がしきい値を超えた段階で、故障と判断される。

この場合、オゾン発生器の運転再開のたびに、基準周波数から一定の変動幅の更新を行うと、スイッチング周波数の調整に時間を要することになるが、運転再開の際に、前回の運転終了時の周波数から前記制御を開始することで、スイッチング周波数の調整の時間短縮を図ることができる。

［３］ 第１の本発明において、前記制御回路は、前記スイッチング周波数を前記基準周波数から一方向に前記一定の変動幅で更新する毎に前記更新回数を加算更新し、前記一方向とは逆方向に前記一定の変動幅で更新する毎に前記更新回数を減算更新してもよい。

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していくと、トランスの一次側の電気信号が最小となる段階では、一方向に一定の変動幅で更新する処理と、一方向とは逆方向に一定の変動幅で更新する処理が交互に行われる場合が多い。このような場合に、単純に更新回数を加算していくと、故障電極対がなくても、更新回数がしきい値を超えるおそれがある。そこで、スイッチング周波数を基準周波数から一方向に一定の変動幅で更新する毎に更新回数を加算更新し、一方向とは逆方向に一定の変動幅で更新する毎に更新回数を減算更新することで、反応器内の放電電極の開放故障を容易に、且つ、高精度に検出することができ、オゾン発生器の運転継続を続行すべきかどうかを簡単に、且つ、確実に判別することができる。

［４］ 第１の本発明において、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。

［５］ この場合、前記複数の電極対のうち、開放故障を起こした電極対の個数が多くなるにつれて、前記更新回数が増加してもよい。

［６］ さらに、前記しきい値は、開放故障を起こした電極対の特定の個数に対応する更新回数であってもよい。

［７］ 第１の本発明において、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。

［８］ この場合、前記制御回路は、前記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流値が最小となるように制御してもよい。

これにより、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。

［９］ あるいは、前記制御回路は、前記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。

［１０］ 第１の本発明において、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。

［１１］ この場合、前記制御回路は、前記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。

［１２］ 第２の本発明に係るオゾン発生器の故障診断方法は、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、前記スイッチ部を設定されたスイッチング周波数でオン／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、を有するオゾン発生器の故障診断方法であって、前記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制御ステップと、前記一定の変動幅の更新回数がしきい値を超えた段階で、故障と判断する判断ステップとを有することを特徴とする。

［１３］ 第２の本発明において、当該オゾン発生器の運転終了後、運転再開の際に、前記基準周波数に代えて、前回の運転終了時の周波数から前記制御を開始し、前回の運転終了時の更新回数を初期値として、該初期値から更新回数のカウントを再開してもよい。

［１４］ 第２の本発明において、前記制御ステップは、前記スイッチング周波数を前記基準周波数から一方向に前記一定の変動幅で更新する毎に前記更新回数を加算更新し、前記一方向とは逆方向に前記一定の変動幅で更新する毎に前記更新回数を減算更新してもよい。

本発明に係るオゾン発生器及びその故障診断方法によれば、反応器内の放電電極の開放故障を容易に検出することができ、オゾン発生器の運転継続を続行すべきかどうかを簡単に判別することができる。

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。 図６Ａはオゾン発生器の最初の運転開始から運転終了までの期間（第１期間）中に故障判断が行われるケースを示す説明図であり、図６Ｂは第１期間後において、運転再開してから運転終了までの期間（第２期間）中に故障判断が行われるケースを示す説明図である。 第１オゾン発生器の処理動作を示すフローチャート（その１）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（その２）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（その１）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（その２）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１５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。

そして、反応器１６の経年変化等によって、複数の電極対４０のうち、いくつかの電極対４０が開放故障を起こし、オゾン発生に寄与しなくなる場合がある。開放故障を起こした電極対４０（以下、故障電極対４０と記す）の個数が多くなると、放電電極４２間の全体の容量Ｃｂが低下し、例えば図５において二点鎖線にて示すように、二次側の共振周波数ｆｃが高くなっていく。その分、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で更新していく回数（更新回数）も増加する。また、故障電極対４０の個数が増えると、オゾン発生に寄与しない電極対４０が増えていくことから、オゾン発生効率が低下していくこととなる。

そこで、本実施の形態では、実験やシミュレーションによって、例えば第１オゾン発生器１０Ａを運転継続する上で支障が出てくる故障電極対４０の個数を予め設定しておく。もちろん、反応器１６内に設置される電極対４０の全体数に対する故障電極対４０の個数の割合を決めておいてもよい。そして、予め設定した故障電極対４０の個数あるいは割合に対応する一定の変動幅Δｆの更新回数Ｎを、例えば実験やシミュレーションによって割り出し、割り出した更新回数Ｎをしきい値Ｎｔｈとする。

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、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期間は、図６Ａに示すように、第１オゾン発生器１０Ａの最初の運転開始から運転終了までの期間（便宜的に、第１期間と記す）のみの場合や、図６Ｂに示すように、第１期間のほか、第１オゾン発生器１０Ａの運転終了後、運転再開してから運転終了までの期間（便宜的に、第２期間と記す）を含む場合がある。第２期間も複数にわたる場合もある。第１期間のみ、あるいは、第１期間のほか、それに続く１以上の第２期間を含む期間中において、一定の変動幅Δｆの更新回数Ｎがカウントされ、累積されていくことになる。そして、一定の変動幅Δｆの更新回数Ｎ、すなわち、累積した更新回数Ｎがしきい値Ｎｔｈを超えた段階で、故障と判断される。

図６Ｂに示すように、各第２期間では、それぞれ運転再開の際に、前回の運転終了時の周波数から制御を開始する。すなわち、スイッチング周波数ｆを前回の運転終了時の周波数から一定の変動幅Δｆで更新することで、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。そして、第２期間では、前回の運転終了時の更新回数を初期値として、該初期値から更新回数Ｎのカウントを再開する。つまり、初期の基準周波数ｆｂと前回の運転終了時の周波数とから計算された周波数移動に要する更新回数Ｎを初期値として、更新回数Ｎのカウントを再開する。これにより、第１期間のほか、それに続く１以上の第２期間を含む期間中において、一定の変動幅Δｆの更新回数Ｎが累積されていき、この累積した更新回数Ｎがしきい値Ｎｔｈを超えた段階で、故障と判断される。

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、図５、図７及び図８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、第１スイッチング制御部５８Ａと、故障診断部５９と、不揮発性メモリ６０とを有する。

第１スイッチング制御部５８Ａ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、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。具体的には、第１スイッチング制御部５８Ａは、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６１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。

故障診断部５９は、一定の変動幅Δｆの更新回数Ｎがしきい値Ｎｔｈを超えた段階で、故障と判断する。この場合、スイッチング周波数ｆを基準周波数ｆｂから一方向に一定の変動幅Δｆで更新する毎に更新回数Ｎを加算更新し、一方向とは逆方向に一定の変動幅Δｆで更新する毎に更新回数Ｎを減算更新する。更新回数Ｎの加算更新及び減算更新はカウンタ６７を用いて行われる。

また、故障診断部５９は、第１オゾン発生器１０Ａの運転終了の際にカウンタ６７に保持されている更新回数Ｎを読み出して不揮発性メモリ６０に記憶する。故障診断部５９は、第１オゾン発生器１０Ａの運転再開の際に、前回の運転終了時の更新回数Ｎを不揮発性メモリ６０から読み出し、読み出した更新回数Ｎを初期値としてカウンタ６７に格納する。

一方、第１スイッチング制御部５８Ａの第１周波数設定部６４Ａは、運転開始（運転再開ではない。以下同様である）の際に、スイッチング周波数ｆを基準周波数ｆｂに設定する。また、第１周波数設定部６４Ａは、運転再開の際には、スイッチング周波数ｆを前回の運転終了時の周波数に設定する。前回の運転終了時の周波数は、前回の運転終了時の更新回数（不揮発性メモリ６０に記憶された更新回数）に一定の変動幅Δｆを乗算した値を基準周波数ｆｂに加算することで得られる。

なお、不揮発性メモリ６０並びにカウンタ６７は、運転開始の際には初期値としてゼロが格納されている。

そして、図７のステップＳ１において、故障診断部５９は、一定の変動幅Δｆの更新回数Ｎの初期値を設定する。不揮発性メモリ６０から更新回数Ｎを読み出し、読み出した更新回数Ｎを初期値としてカウンタ６７に格納する。運転開始の際は、不揮発性メモリ６０にはゼロが記憶されているため、カウンタ６７の初期値としてゼロが格納される。

ステップＳ２において、第１周波数設定部６４Ａは、スイッチング周波数ｆを設定する。具体的には、不揮発性メモリ６０に記憶された更新回数Ｎに一定の変動幅Δｆを乗算した値と基準周波数ｆｂとを加算して得られた周波数をスイッチング周波数ｆとして設定する。運転開始の際は、不揮発性メモリ６０にはゼロが記憶されているため、スイッチング周波数ｆとして、基準周波数ｆｂが設定される。

ステップＳ３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Ｓ４において、電流値取得部６１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Ｓ５において、第１周波数設定部６４Ａは、スイッチング周波数を、現在の周波数よりも予め設定された一定の変動幅Δｆだけ高い周波数に設定する。

その後、ステップＳ６において、故障診断部５９は、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）を＋１更新する。

ステップＳ７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。

図８のステップＳ８において、電流値取得部６１は、電流検知手段３２からの電流値Ｉ１を取得する。

ステップＳ９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Ｓ１０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一定の変動幅Δｆだけ高い周波数に設定する。

その後、ステップＳ１１において、故障診断部５９は、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）を＋１更新する。

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Ｓ１２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一定の変動幅Δｆだけ低い周波数に設定する。

その後、ステップＳ１３において、故障診断部５９は、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）を−１更新する。

ステップＳ１１での処理あるいはステップＳ１３での処理が終了した段階で、次のステップＳ１４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Ｓ１５において、故障診断部５９は、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）がしきい値Ｎｔｈを超えているかどうかを判別する。しきい値Ｎｔｈを超えていれば、ステップＳ１６に進み、第１オゾン発生器１０Ａを運転継続する上で支障が生じるものとして、第１オゾン発生器１０Ａの駆動を停止し、第１オゾン発生器１０Ａでの処理を強制終了させる。併せて警報を発してもよい。

上述のステップＳ１５において、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）がしきい値Ｎｔｈ以下であると判別された場合は、次のステップＳ１７に進み、第１オゾン発生器１０Ａに対する運転終了要求があるか否かを判別する。運転終了要求がなければステップＳ８に戻り、ステップＳ８以降の処理を繰り返す。

ステップＳ１７において、運転終了要求があれば、ステップＳ１８に進み、故障診断部５９は、現在の更新回数Ｎを不揮発性メモリ６０に記憶する。その後、第１オゾン発生器１０Ａの運転を終了する。

次に、運転が再開されると、図７のステップＳ１において、故障診断部５９は、不揮発性メモリ６０から更新回数Ｎを読み出し、読み出した更新回数Ｎを初期値としてカウンタ６７に格納する。すなわち、前回の運転終了時の更新回数Ｎが初期値としてカウンタ６７に格納される。その後のステップＳ２では、前回の運転終了時の更新回数Ｎに一定の変動幅Δｆを乗算した値と基準周波数ｆｂとを加算して得られた周波数がスイッチング周波数ｆとして設定される。そして、ステップＳ３以降の処理が繰り返されることになる。

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。

また、第１オゾン発生器１０Ａでは、該第１オゾン発生器１０Ａを運転継続する上で支障が出てくる故障電極対４０の個数を予め設定し、設定した故障電極対４０の個数に対応する更新回数Ｎをしきい値Ｎｔｈとしている。これにより、上述のように、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過程において、反応器１６内の電極対４０の開放故障を容易に検出することができ、第１オゾン発生器１０Ａの運転継続を続行すべきかどうかを簡単に判別することができる。

ところで、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で更新していくと、トランス１２の一次側の電流値Ｉ１が最小となる段階では、一方向に一定の変動幅Δｆで更新する処理と、一方向とは逆方向に一定の変動幅Δｆで更新する処理が交互に行われる場合が多い。このような場合に、単純に更新回数Ｎを加算していくと、故障電極対４０がなくても、更新回数Ｎがしきい値Ｎｔｈを超えるおそれがある。

そこで、スイッチング周波数ｆを基準周波数ｆｂから一方向に一定の変動幅Δｆで更新する毎に更新回数Ｎを加算更新し、一方向とは逆方向に一定の変動幅Δｆで更新する毎に更新回数Ｎを減算更新することで、反応器１６内の電極対４０の開放故障を容易に、且つ、高精度に検出することができ、第１オゾン発生器１０Ａの運転継続を続行すべきかどうかを簡単に、且つ、確実に判別することができる。

また、第１オゾン発生器１０Ａでは、第１オゾン発生器１０Ａの運転終了後の運転再開の際に、基準周波数ｆｂに代えて、前回の運転終了時の周波数から上述の制御を開始し、前回の運転終了時の更新回数を初期値として、該初期値から更新回数Ｎのカウントを再開している。第１オゾン発生器１０Ａの運転再開のたびに、基準周波数ｆｂから一定の変動幅Δｆの更新を行うと、スイッチング周波数ｆの調整に時間を要することになるが、運転再開の際に、前回の運転終了時の周波数から上述の制御を開始することができるため、スイッチング周波数ｆの調整の時間短縮を図ることができる。

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９〜図１２を参照しながら説明する。

第２オゾン発生器１０Ｂは、図９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１２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１０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。

また、この第２オゾン発生器１０Ｂにおいても、反応器１６の経年変化等によって、故障電極対４０の個数が多くなると、例えば図１０において二点鎖線にて示すように、二次側の共振周波数ｆｃが高くなっていく。その分、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で更新していく回数（更新回数Ｎ）も増加する。

従って、この第２オゾン発生器１０Ｂでは、図９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、第２スイッチング制御部５８Ｂと、故障診断部５９と、不揮発性メモリ６０とを有する。

第２スイッチング制御部５８Ｂ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１１及び図１２を参照しながら説明する。

図１１のステップＳ１０１において、故障診断部５９は、不揮発性メモリ６０から更新回数Ｎを読み出し、読み出した更新回数Ｎを初期値としてカウンタ６７に格納する。運転開始の際は、不揮発性メモリ６０にはゼロが記憶されているため、カウンタ６７の初期値としてゼロが格納される。

ステップＳ１０２において、第２周波数設定部６４Ｂは、スイッチング周波数ｆを設定する。具体的には、不揮発性メモリ６０に記憶された更新回数Ｎに一定の変動幅Δｆを乗算した値と基準周波数ｆｂとを加算して得られた周波数をスイッチング周波数ｆとして設定する。運転開始の際は、不揮発性メモリ６０にはゼロが記憶されているため、スイッチング周波数ｆとして、基準周波数ｆｂが設定される。

ステップＳ１０３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Ｓ１０４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Ｓ１０５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一定の変動幅Δｆだけ高い周波数に設定する。

ステップＳ１０６において、故障診断部５９は、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）を＋１更新する。

ステップＳ１０７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。

図１２のステップＳ１０８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Ｓ１０９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Ｓ１１０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一定の変動幅Δｆだけ高い周波数に設定する。

その後、ステップＳ１１１において、故障診断部５９は、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）を＋１更新する。

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Ｓ１１２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一定の変動幅Δｆだけ低い周波数に設定する。

その後、ステップＳ１１３において、故障診断部５９は、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）を−１更新する。

ステップＳ１１１での処理あるいはステップＳ１１３での処理が終了した段階で、次のステップＳ１１４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Ｓ１１５において、故障診断部５９は、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）がしきい値Ｎｔｈを超えているかどうかを判別する。しきい値Ｎｔｈを超えていれば、ステップＳ１１６に進み、第２オゾン発生器１０Ｂを運転継続する上で支障が生じるものとして、第２オゾン発生器１０Ｂの駆動を停止し、第２オゾン発生器１０Ｂでの処理を強制終了させる。併せて警報を発してもよい。

上述のステップＳ１１５において、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）がしきい値Ｎｔｈ以下であると判別された場合は、次のステップＳ１１７において、第２オゾン発生器１０Ｂに対する運転終了要求があるか否かを判別する。運転終了要求がなければステップＳ１０８に戻り、ステップＳ１０８以降の処理を繰り返す。

ステップＳ１１７において、運転終了要求があれば、ステップＳ１１８に進み、故障診断部５９は、現在の更新回数Ｎを不揮発性メモリ６０に記憶する。その後、第２オゾン発生器１０Ｂの運転を終了する。

次に、運転が再開されると、図１１のステップＳ１０１において、故障診断部５９は、不揮発性メモリ６０から更新回数Ｎを読み出し、読み出した更新回数Ｎを初期値としてカウンタ６７に格納する。その後のステップＳ１０２では、前回の運転終了時の更新回数Ｎに一定の変動幅Δｆを乗算した値と基準周波数ｆｂとを加算して得られた周波数がスイッチング周波数ｆとして設定される。そして、ステップＳ１０３以降の処理が繰り返されることになる。

このように、第２オゾン発生器１０Ｂにおいても、上述した第１オゾン発生器１０Ａと同様に、反応器１６内の電極対４０の開放故障を容易に、且つ、高精度に検出することができ、第２オゾン発生器１０Ｂの運転継続を続行すべきかどうかを簡単に、且つ、確実に判別することができる。

また、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。

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１３〜図１５を参照しながら説明する。

第３オゾン発生器１０Ｃは、図１３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１４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。

また、この第３オゾン発生器１０Ｃにおいても、反応器１６の経年変化等によって、故障電極対４０の個数が多くなると、例えば図１４において二点鎖線にて示すように、二次側の共振周波数ｆｃが高くなっていく。その分、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で更新していく回数（更新回数Ｎ）も増加する。

従って、この第３オゾン発生器１０Ｃでは、図１３に示すように、第３スイッチング制御部５８Ｃと、故障診断部５９と、不揮発性メモリ６０とを有する。また、第３オゾン発生器１０Ｃは、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。

第３スイッチング制御部５８Ｃ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１５を参照しながら説明する。

図１５のステップＳ２０１において、故障診断部５９は、不揮発性メモリ６０から更新回数Ｎを読み出し、読み出した更新回数Ｎを初期値としてカウンタ６７に格納する。運転開始の際は、不揮発性メモリ６０にはゼロが記憶されているため、カウンタ６７の初期値としてゼロが格納される。

ステップＳ２０２において、第３周波数設定部６４Ｃは、スイッチング周波数ｆを設定する。具体的には、不揮発性メモリ６０に記憶された更新回数Ｎに一定の変動幅Δｆを乗算した値と基準周波数ｆｂとを加算して得られた周波数をスイッチング周波数ｆとして設定する。運転開始の際は、不揮発性メモリ６０にはゼロが記憶されているため、スイッチング周波数ｆとして、基準周波数ｆｂが設定される。

ステップＳ２０３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Ｓ２０４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Ｓ２０５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一定の変動幅Δｆだけ高い周波数に設定する。

その後、ステップＳ２０７において、故障診断部５９は、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）を＋１更新する。

一方、位相差θが負であれば、ステップＳ２０８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一定の変動幅Δｆだけ低い周波数に設定する。

その後、ステップＳ２０９において、故障診断部５９は、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）を−１更新する。

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Ｓ２０７での処理、あるいはステップＳ２０９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Ｓ２１０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Ｓ２１１において、故障診断部５９は、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）がしきい値Ｎｔｈを超えているかどうかを判別する。しきい値Ｎｔｈを超えていれば、ステップＳ２１２に進み、第３オゾン発生器１０Ｃを運転継続する上で支障が生じるものとして、第３オゾン発生器１０Ｃの駆動を停止し、第３オゾン発生器１０Ｃでの処理を強制終了させる。併せて警報を発してもよい。

上述のステップＳ２１１において、カウンタ６７の値（更新回数Ｎ）がしきい値Ｎｔｈ以下であると判別された場合は、次のステップＳ２１３において、第３オゾン発生器１０Ｃに対する運転終了要求があるか否かを判別する。運転終了要求がなければステップＳ２０４に戻り、ステップＳ２０４以降の処理を繰り返す。

ステップＳ２１３において、運転終了要求があれば、ステップＳ２１４に進み、故障診断部５９は、現在の更新回数Ｎを不揮発性メモリ６０に記憶する。その後、第３オゾン発生器１０Ｃの運転を終了する。

次に、運転が再開されると、ステップＳ２０１において、故障診断部５９は、不揮発性メモリ６０から更新回数Ｎを読み出し、読み出した更新回数Ｎを初期値としてカウンタ６７に格納する。その後のステップＳ２０２では、前回終了時の更新回数に一定の変動幅Δｆを乗算した値と基準周波数ｆｂとを加算して得られた周波数がスイッチング周波数ｆとして設定される。そして、ステップＳ２０３以降の処理が繰り返されることになる。

このように、第３オゾン発生器１０Ｃにおいても、上述した第１オゾン発生器１０Ａと同様に、反応器１６内の放電電極４２の開放故障を容易に、且つ、高精度に検出することができ、オゾン発生器の運転継続を続行すべきかどうかを簡単に、且つ、確実に判別することができる。

また、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。

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及びその故障診断方法は、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〜２４Ｃ…第１制御回路〜第３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
５８Ａ〜５８Ｃ…第１スイッチング制御部〜第３スイッチング制御部
５９…故障診断部 ６０…不揮発性メモリ
６１…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 (14)

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、
   前記スイッチ部を設定されたスイッチング周波数でオン／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、前記一定の変動幅の更新回数がしきい値を超えた段階で、故障と判断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、
   当該オゾン発生器の運転終了後、運転再開の際に、前記基準周波数に代えて、前回の運転終了時の周波数から前記制御を開始し、
   前回の運転終了時の更新回数を初期値として、該初期値から更新回数のカウントを再開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、
   前記制御回路は、前記スイッチング周波数を前記基準周波数から一方向に前記一定の変動幅で更新する毎に前記更新回数を加算更新し、前記一方向とは逆方向に前記一定の変動幅で更新する毎に前記更新回数を減算更新することを特徴とするオゾン発生器。
4. 請求項１〜３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。
5. 請求項４記載のオゾン発生器において、
   前記複数の電極対のうち、開放故障を起こした電極対の個数が多くなるにつれて、前記更新回数が増加することを特徴とするオゾン発生器。
6. 請求項５記載のオゾン発生器において、
   前記しきい値は、開放故障を起こした電極対の特定の個数に対応する更新回数であることを特徴とするオゾン発生器。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に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。
8. 請求項７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。
9. 請求項７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。
10. 請求項１〜６のいずれか１項に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。
11. 請求項１０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。
12. 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、
    前記スイッチ部を設定されたスイッチング周波数でオン／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、を有するオゾン発生器の故障診断方法であって、
    前記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制御ステップと、
    前記一定の変動幅の更新回数がしきい値を超えた段階で、故障と判断する判断ステップとを有することを特徴とするオゾン発生器の故障診断方法。
13. 請求項１２記載のオゾン発生器の故障診断方法において、
    当該オゾン発生器の運転終了後、運転再開の際に、前記基準周波数に代えて、前回の運転終了時の周波数から前記制御を開始し、
    前回の運転終了時の更新回数を初期値として、該初期値から更新回数のカウントを再開することを特徴とするオゾン発生器の故障診断方法。
14. 請求項１２又は１３記載のオゾン発生器の故障診断方法において、
    前記制御ステップは、前記スイッチング周波数を前記基準周波数から一方向に前記一定の変動幅で更新する毎に前記更新回数を加算更新し、前記一方向とは逆方向に前記一定の変動幅で更新する毎に前記更新回数を減算更新することを特徴とするオゾン発生器の故障診断方法。

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