JP4085146B2

JP4085146B2 - オゾン発生装置

Info

Publication number: JP4085146B2
Application number: JP2002295654A
Authority: JP
Inventors: 俊次並河; 比呂志岩田
Original assignee: 俊次並河; 比呂志岩田; 山本泰雄
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2022-10-09
Also published as: JP2004131312A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体プラズマ放電によるオゾン発生装置に関し、特に、民生用の脱臭、殺菌、防かび、アルカリイオン水の製造等に用いるオゾン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オゾン発生装置は、従来より種々のタイプがあるが、その中で、図１に示すように、両端を封じてガスを封入したガラス管１，２の一端部のみに電極３，４の設けられた２本の単電極ガス封入ガラス放電管５，６を、上記電極位置が互いに逆向きにして略平行に配設し、その２本の電極３，４に高周波電圧を印加することでオゾンを発生する装置がある（例えば、特許文献１参照。）。尚、図１において、１´、２´は２本の放電管５，６を並設するための結束バンドである。
【０００３】
かかる従来例において、両電極間に１０ＫＶ／４５ＫＨｚの高周波電圧を印加して１５ｐｐｍのオゾンを発生させた場合に、累積高周波電圧印加時間とオゾン発生環境によって放電管周辺に白色の結晶物が堆積されることが判明した。この堆積物は図２の７に示されるように対接する放電管５，６の接合部から電極の引き出し部８，９まで堆積され、オゾン発生量に影響することが判明した。尚、図２において、１０は発振回路、１１は昇圧トランス、１２は同トランス１１の２次巻線を示す。
【０００４】
図３は、累積高周波印加時間に対しオゾン発生量の変化を示している。周辺環境（温度と湿度）が２５℃／６０％のとき（以下、Ａ環境と略記する。）のオゾン発生量Ａ´に対し、周辺環境が２５℃／９０％となったとき（以下、Ｂ環境と略記する。）のオゾン発生量Ｂ´が、１５００時間をこえた範囲で大幅に減少していることが判る。
【０００５】
この原因は、図２の堆積物７がＡ環境時よりもＢ環境時における堆積物の密度が多くなるために相対する放電管の電界印加に影響を与えるためである。またこの現象を電気回路的に見ると、堆積物７は放電管５，６の電極引き出し部８，９の近傍まで堆積されることから、昇圧トランス１１の負荷側より見たインピーダンスも堆積物７の発生量に比例して低下することが判明した。すなわち、発振回路１０の負荷インピーダンスが低下すると、昇圧トランス１１を介して印加される二次巻線１２よりの印加電圧も低くなり、オゾン発生量を減少させる結果となる。
【０００６】
しかも、堆積物７の堆積状況は放電管の形状、対向する放電管のギャップ、印加される高周波電圧、発振回路の出力インピーダンス等々によって変化するが、図３の従来例で急峻にオゾン量が減少する分岐点Ｐが電気回路的に重大な問題を引き起こす要因となる。
【０００７】
すなわち、Ｂ環境において累積印加時間が１５００時間までは堆積物７の堆積量に比例して電極引き出し部８，９両端から見たインピーダンスは低下して、オゾン発生量が低下する。累積印加時間が１５００時間に達すると堆積物７の絶縁破壊が発生して、堆積物７がコロナ放電の断続的な印加によってカーボン化して、急激なインピーダンス低下が起こり二次巻線１２の電圧が低下すると同時に発振回路１０は過負荷状態となってしまう。その結果、後述する発振回路１０内のトランジスター等の電子部品の発熱を加速して、熱暴走状態としてしまう危険性があった。
【０００８】
次に堆積物７の発生は前述したような累積印加時間以外に印加高周波電圧にも大きく依存する。図4に印加高周波電圧を１０．０ＫＶと８．０ＫＶとしたときのオゾン発生量の累積高周波印加時間に対する変化を示す。従って、必要オゾン量に対して最低の高周波印加電圧で動作させることが望ましい。
【０００９】
しかし、一般的に印加高周波電圧を発生する回路は、図５で示されるような自励式のインバーター回路が用いられ、昇圧トランスＴの巻き数比で一義的に決定されることから、負荷に対応して最適点に調整することが困難であった。図５の詳細説明はここでは省略する。
【００１０】
【特許文献】
特許第２６４４９７３号公報（第１〜３頁、図４）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記に鑑みなされたもので、堆積物が堆積されても電気回路的に放電管のインピーダンスの低下を招かない、放電管の実装構造を提供するもので極めて組み立てやすい量産効率にも配慮したオゾン発生装置を提供するものである。また、インバーター回路内のキックバック電圧を可変することで、必要オゾン量に対して最適の高周波印加電圧を与えるためのインバーター回路をも提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明請求項１の発明は、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた２本の単極型ガス封入放電管の上記電極の引き出し部を樹脂絶縁体で包囲するとともに、上記２本の放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記２本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、従来のような堆積物の堆積があったとしても、電気回路的に放電管のインピーダンスの低下を招かず、オゾン発生の安定的な供給が可能となる。
【００１３】
又、請求項２の発明は、絶縁板体の左右端部に絶縁体よりなる中空箱部を立設し、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた２本の単極型ガス封入放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記電極が設けられたそれぞれの端部を上記中空箱部の壁部に設けられた溝又は孔を経て上記中空箱部内に収納し、他方の無電極側端部は上記中空箱部外に位置するようになし、上記２本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、絶縁体よりなる中空箱部の内外に放電管の端部を位置させることによって２本の放電管間の絶縁が良好となり、従来のような堆積物の生成があったとしても、電気回路的に放電管のインピーダンスの低下を招かず、オゾン発生の安定的な供給が可能となる。
【００１４】
又、請求項３の発明は、絶縁板体の左右端部に絶縁体よりなる中空箱部を立設し、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた２本の単極型ガス封入放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記電極が設けられたそれぞれの端部を上記中空箱部の壁部に設けられた溝又は孔を経て上記中空箱部内に収納し、他方の無電極側端部は上記中空箱部外に位置するようになすとともに、上記中空箱部内に絶縁材を充填し、上記２本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、放電管の電極引き出し部を絶縁体で包囲するための簡便で、確実な手段を提供する。
【００１５】
又、請求項４の発明は、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた２本の単極型ガス封入放電管の上記電極の引き出し部側のそれぞれを、一方に上記放電管外径と略同一径の貫通孔と他方に上記電極の引き出し部と略同一径の貫通孔を有するブッシングによって被覆するとともに、上記２本の放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記２本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置であり、従来のような堆積物が生成されても電気回路的に放電管のインピーダンスの低下を招かず、オゾン発生の安定的な供給が可能な簡便な構造を提供するものである。
【００１６】
更に又、請求項５の発明は、請求項１〜４の何れかに記載のオゾン発生装置であって、高周波電圧を発生するインバーター回路のキックバック電圧を可変にすることを特徴とするオゾン発生装置であり、必要なオゾン量に対して最適の高周波印加電圧を供給することを可能にし、堆積物の発生を極力おさえる等、高効率のオゾン発生装置を提供する。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。図６は本発明の一実施例の斜視図である。図６において、２１はオゾンに侵されない塩化ビニール、フッ素系樹脂、ＡＣＳ（商品名）等の材質からなる絶縁板体で、左右端部に中空箱部２２，２３を立設している。２４，２５はガスを封入したガラス管の一端部のみに電極２６，２７が設けられた２本の単極型ガス封入放電管であり、上記電極２６，２７が設けられたそれぞれの端部、即ち電極引き出し部２６´，２７´を上記中空箱部の壁部２８，２９に設けられた溝又は孔３０，３１を経て上記中空箱部２２，２３内に他方の無電極側端部３２，３３は上記中空箱部２２，２３の外に位置するように配置している。
【００１８】
その後、中空箱部２２，２３内にはシリコン樹脂等の絶縁材を気泡を除去しながら充填し、電極引き出し部２６´、２７´を完全な絶縁構造としたものである。
【００１９】
本発明の第一の実施例はこのような構成からなるオゾン発生装置を提供するもので、上記した堆積物が放電管２４，２５に堆積しても、電極引き出し部２６´、２７´が中空箱部２２，２３内のシリコン樹脂等と箱体壁部２８，２９によって完全に電気的に絶縁されているため、堆積物の電気的な要因によるオゾン減衰を完全になくすることができた。また、前記した堆積物のカーボン化によるインピーダンスの低下も前記構成からその影響がなくなり、本発明はトランジスターの熱暴走のような致命的な欠陥が防止できる有効な手段である。
【００２０】
さらに、中空箱部２２，特にその壁部２８を詳細に示したものが図７で、例えば図６に示す放電管２５の無電極側端部３２は図示形状の放電管受け部３８によって支持する構造となっている。また、２本の放電管２４，２５の間隔は溝３０と放電管受け部３８の内側との間隔ｌによって決定できる。
【００２１】
尚、上記の実施例は中空箱部２２，２３内にシリコン樹脂等の絶縁材を充填した事例であるが、絶縁材の中空箱部内への充填は必ずしも必要でない。すなわち充填しない状態でも、電極引き出し部が中空箱部内に収納されているため絶縁体よりなる中空箱部によって従前のような事例よりも格段に電極引き出し部間の絶縁が高まり堆積物の生成があったとしても、電気回路的に放電管のインピーダンスの低下を招かない。
【００２２】
図８は本発明の第二の実施例で、放電管２４，２５の電極引き出し部２６´、２７´をオゾンに侵されにくいシリコン等の材料で成型した、一方に放電管外径と略同一径の貫通孔を他方に電極引き出し部と略同一径の貫通孔を有するブッシング３９，４０内に挿入し、シリコン電線等３４，３５によってブッシング３９，４０のもう一方の側より引き出した構成とし、さらに放電管２４，２５をブッシングの側壁４１，４２に密着させて結束バンド４３，４４で結束させたものである。勿論、結束バンドもオゾンに侵されないシリコン等の材料で出来ている。
【００２３】
第二の実施例の場合には、放電管２４，２５のギャップはブッシングの側壁４１，４２の肉厚で決定される。前述した堆積物７は放電管２４，２５の近傍部分に最も多く発生するものであるから、放電管２４，２５が密着していた場合には累積高周波印加時間の比較的早い段階で堆積物による電気的短絡が発生する。放電管２４，２５にギャップを設けることで、密着していた場合に比較して堆積物７による電気的短絡を起こりにくくすることが出来る。したがって、放電管２４，２５のギャップは大きくするにこしたことはないが、表１に一事例を示すようにギャップを大きくとりすぎるとオゾン発生量を減少させてしまう傾向がある。
【００２４】
そこで、最終的な堆積物７の堆積時間即ち、累積高周波印加時間を延ばすためのギャップ巾の拡大はオゾン量の発生量とのバランスで決定される。
【００２５】
【表１】

【００２６】
次に前述したオゾン発生量を必要最低限に調整するための、印加高周波電圧を可変できる回路について説明を行う。
【００２７】
図９は本発明に於ける回路実施例を示し、電源としてＡＣ１００Ｖ入力の自励インバーター回路である。端子４５，４６よりＡＣ１００Ｖが入力され、ノイズフイルター回路４７を経て全波整流ブリッジ４９で整流されて直流電圧が平滑コンデンサー５０に充電される。係る直流電圧はインバーター回路を介して負荷の放電管ブロックＣ（例えば第一の実施例のオゾン発生部）へ印加高周波電圧を供給する構成からなっている。
【００２８】
本回路実施例における基本回路部は一般的に知られた回路構成によるため、詳細な動作説明は省略するが、印加高周波電圧を可変するための回路として、トランジスター５５のベース側に発生する昇圧トランス４８の一次巻線５６のキックバック電圧と比例したベース巻線５７の電圧をバイパスする回路５８を設けたものである。バイパス回路５８は高周波ダイオード５２、抵抗５３、可変抵抗５４で構成され、ベース巻線５７に発生する発振休止期間のキックバック電圧を可変抵抗５４により適時に放出するものである。
【００２９】
この状況を放電管ブロックＣへの印加高周波電圧と一次巻線５６のキックバック電圧の関連で示したものが図１０である。印加高周波電圧は図示の５９で、トランジスター５５のコレクター・エミッター間電圧をＶｃ−ｅ６０，６１，６２で示している。
【００３０】
今、可変抵抗５４の抵抗値の低かった場合にはキックバック電圧を多くバイパスするのでＶｃ−ｅ６０の肩部電圧６０´が低くなり、印加高周波電圧が１２．０ＫＶとなる。一方、可変抵抗５４の抵抗値が高かった場合にはキックバック電圧のバイパス量が少なくなりＶｃ−ｅ６２の肩部電圧６２´が高くなり、印加高周波電圧が７．８ＫＶとなるものである。尚、６１，６１´はそれらの中間のＶｃ−ｅ及び肩部電圧を示すもので、印加高周波電圧は１０．２ＫＶとなっている。
【００３１】
本発明の回路実施例はこの様にインバーター回路のベース側に挿入した可変抵抗５４の抵抗値で印加高周波電圧を可変できるので、負荷である放電管ブロックＣに必要最小限の電圧に出力を調整できる特徴がある。また、可変抵抗５４の抵抗値と印加高周波電圧の関連を示したグラフが図１１の様になり、ほぼ直線的な比例関係となっている。さらに、本発明の回路実施例にはインダクター６３を設けている。この目的は前述した如く堆積物がカーボン化して、インバーター回路５１が過負荷になっても発振停止を起こさせないための回路である。また、発光ダイオードを含む表示回路６４は放電管ブロック５２の動作を表示するための回路である。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、２本の単極型ガス封入放電管を近接並設し、上記電極間に高周波電圧を印加する型のオゾン発生装置において、従来問題となった放電管周辺に堆積される堆積物の量を減らすことに成功し及び堆積物による弊害をなくし、高温高湿度等の悪条件下でもオゾンの発生量減少を極力抑えることが出来、装置の長寿命化を図ることができた。
【００３３】
又、高周波電圧印加回路のキックバック電圧の可変回路を採用すれば、出力の高周波電圧を可変にできるので最適の電圧に簡単に調整することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のオゾン発生装置の要部を説明するための図。
【図２】従来のオゾン発生装置の問題点を説明するための図。
【図３】従来のオゾン発生装置の特性の一例を示す図。
【図４】従来のオゾン発生装置の特性の一例を示す図。
【図５】従来のオゾン発生装置に使われる高周波電圧発生回路図。
【図６】本発明の一実施例におけるオゾン発生装置の要部を示す斜視図。
【図７】本発明の一実施例におけるオゾン発生装置の要部の一部切欠斜視図。
【図８】本発明の他の実施例におけるオゾン発生装置の要部の斜視図。
【図９】本発明の一実施例に使われる高周波電圧発生回路図。
【図１０】オゾン発生装置の高周波電圧発生回路の特性を示す図。
【図１１】オゾン発生装置の高周波電圧発生回路の特性を示す図。
【符号の説明】
２１絶縁板体
２２，２３中空箱部
２４，２５単極型ガス封入放電管
２６，２７電極
２６´、２７´ 電極引き出し部

Claims

ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた２本の単極型ガス封入放電管の上記電極の引き出し部を樹脂絶縁体で包囲するとともに、上記２本の放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記２本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。
絶縁板体の左右端部に絶縁体よりなる中空箱部を立設し、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた２本の単極型ガス封入放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記電極が設けられたそれぞれの端部を上記中空箱部の壁部に設けられた溝又は孔を経て上記中空箱部内に収納し、他方の無電極側端部は上記中空箱部外に位置するようになし、上記２本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。
絶縁板体の左右端部に絶縁体よりなる中空箱部を立設し、ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた２本の単極型ガス封入放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記電極が設けられたそれぞれの端部を上記中空箱部の壁部に設けられた溝又は孔を経て上記中空箱部内に収納し、他方の無電極側端部は上記中空箱部外に位置するようになすとともに、上記中空箱部内に絶縁材を充填し、上記２本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。
ガスを封入したガラス管の一端部のみに電極が設けられた２本の単極型ガス封入放電管の上記電極の引き出し部側のそれぞれを、一方に上記放電管外径と略同一径の貫通孔と他方に上記電極の引き出し部と略同一径の貫通孔を有するブッシングによって被覆するとともに、上記２本の放電管を上記電極位置が互いに逆向きで、かつほぼ平行に近接して並設し、上記２本の放電管に高周波電圧を印加するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。
請求項１〜４に記載のいずれかのオゾン発生装置であって、高周波電圧を発生するインバーター回路のキックバック電圧を可変にすることを特徴とするオゾン発生装置。