JP4469270B2

JP4469270B2 - オゾン発生装置およびその運転方法

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Publication number: JP4469270B2
Application number: JP2004372479A
Authority: JP
Inventors: 慎吾峯
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2006176372A

Description

この発明は、水処理プラントや一般工業向化学プロセス、半導体装置の酸化膜形成等に応用されているオゾン発生装置に関するものであり、特にオゾン発生器内のガラス管が破損した際のヒューズ溶断を行うものに係るものである。

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、水処理プラントや一般工業向化学プロセス等に広く応用されている。このオゾンを生成するオゾン発生装置には、発生量が例えば１ｇ／ｈ〜１００Ｋｇ／ｈと広範囲にわたる定格のもの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ヒューズ、ガラス管、接地電極管が設けられ、これら主要構成品によってオゾンを生成しているが、電源につながるヒューズに直列接続されたガラス管が何らかの理由によって破損すると、このヒューズを溶断して破損したガラス管を切り離すまでにガラス管と対する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により溶触し、穴が形成されるという現象が散見されるようになってきた。

このような事故は、特に最近の装置の大型化に伴い、ヒューズ１本当たりの定格電流が増大し、そのためヒューズ溶断電流も増加して、ヒューズ溶断特性を示すＩ^２ｔ（電流の２乗と通電時間の積）が大きくなり、ヒューズが溶断して電源から破損したガラス管を切り離す前に、前記Ｉ^２ｔが規定値Ｎを越えてしまい、前述した如く接地電極管を損傷させるケースが多くなってきた。ここで前記規定値Ｎは、通電電流による発熱で接地電極管が損傷する限界値であり、約１．０（Ａ^２Ｓｅｃ）である。

接地電極管に穴があくと、冷却水の漏洩に伴い他の健全なガラス管への波及事故の発生等大きなトラブルにつながり、装置の大規模な改修工事が必要となるという問題点があった。特に装置の大型化、大容量化に伴い上記課題の解消は焦眉の急となってきている。
上記のようなガラス管破損による接地電極管短絡事故が発生した場合に、ヒューズを溶断してインバータの再始動を容易に行う技術が示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０６−０２４７０９号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されたものは、ヒューズ溶断とインバータの再始動方法に係る技術が示されているにすぎず、短絡事故に伴う接地放電管の損傷解消に係る技術は何ら示されてない。
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであって、オゾン発生器のガラス管が何らかの理由によって破損したとき、接地電極管に損傷が生じることなくガラス管に直列接続されたヒューズを溶断することにより、ガラス管を電源から切り離し、オゾン発生器を保護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、オゾン発生器とインバータとが設けられ、オゾン発生器にはインバータにつながるヒューズ、ガラス管および接地電極管よりなるオゾン発生部が複数設けられているとともに、さらにオゾン発生器の異常を検知する異常検知器と、異常検知器に設けられたリレーと、インバータの定格運転を行うに必要な出力電流の調整を行う第１の出力電流調整器および、ヒューズを溶断するのに必要な出力電流の調整を行う第２の出力電流調整器とが備えられ、インバータの定格運転時にガラス管に異常が発生し、オゾン発生器に印加される電圧が規定値以下となったことを検知する異常検知器が出力する信号で、リレーが動作し第２の出力電流調整器側に切り替わるとともに、ヒューズが溶断して電圧が規定値に復帰したことを検知する異常検出器が出力する信号で、リレーが動作して第１の出力電流調整器側に切り替わるものである。

この発明のオゾン発生装置は、上記のような構成を備えているので、ガラス管破損による接地電極管との短絡事故が発生したとしても、ヒューズ溶断を適切な通電で行うので、この通電によって接地電極管に穴があくというような損傷を防ぐことができ、またインバータの停止を行うことなくヒューズを溶断することによる自動で破損したガラス管を切り離し、正常運転に復帰できるという効果がある。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１によるオゾン発生装置１００を示すブロック構成図である。図１において、オゾン発生器１にはヒューズ１ａ、ガラス管１ｂ、および接地電極管１ｃよりなるオゾン発生部５０が複数設けられている。このオゾン発生器１には、トランス３を介してインバータ２が接続されている。オゾン発生部の異常検知器４はオゾン発生部５０に設けられたガラス管１ｂが破損したとき、オゾン発生器１に印加される電圧Ｖｏｚの低下を検知するものである。インバータ出力電流調整器５は、インバータ２の出力電流を任意の値に設定するものであり、この実施の形態１ではマニュアル操作される。
前記異常検知器４の出力にはリレー６が設けられ、そのａ接点６ａ、ｂ接点６ｂがインバータ２につながっている。スイッチ７は前記ａ接点６ａに直列接続され、また正常運転スイッチ８は前記ｂ接点６ｂに直列接続されている。電力計９は有効電力を指示する。

次に実施の形態１のオゾン発生装置１００の動作について説明する。
図１に示すように、３φ２００Ｖ、５０Ｈｚまたは、６０Ｈｚの電源をインバータ２に入力し、インバータ２で、１φ１ｋＨｚの電流を出力する。オゾン発生器１がコンデンサ負荷であるため、トランス３を介して、高電圧がオゾン発生器１に印加される。
オゾン発生器１に高電圧が印加されると、誘電体を介した電極間に交流電圧が印加され、無声放電が生じる。この放電空間の酸素に、電気エネルギーを与え、活性化させると、解離または励起された酸素の一部がオゾンに変化し、オゾン発生器１で酸素を原料として、オゾンを生成する。

万一、前記オゾン発生器１内のガラス管１ｂが破損すると接地電極管１ｃに集中電流が流れ、オゾン発生器１の電圧Ｖｏｚ（図１）が規定値以下となり異常検知器４が動作し、この異常検知器４の出力に接続されたリレー６のコイル部が励磁し、リレー６のコイルに連動したリレー６のｂ接点６ｂが開となりインバータ２は停止する。リレー６のコイルに連動したリレーのａ接点６ａが閉となり、ａ接点６ａに直列接続したスイッチ７がＯＮになり、インバータ２を再起動運転することが出来る。インバータ出力電流調整器５によって、正常運転時より低い設定値として、オゾン発生器１の電流を絞ってインバータ２を再起動運転するため、インバータ２の出力電流及びオゾン発生器１の電流は、正常運転時よりも小さい電流となる。

これにより、破損したガラス管１ｂと対になる接地電極管１ｃでの通電電流による発熱が少なくなり、接地電極管１ｃが溶けて損傷することがなく、この再起動運転時にヒューズｌａの溶断によって破損したガラス管１ｂを切離す。ガラス管１ｂの破損時、ヒューズ１ａが溶断するまでは、オゾン発生器１は短絡状態であり、電力計９の指示は、０である。ヒューズ１ａの溶断により破損したガラス管１ｂを切離した後は、オゾン発生器１の電圧Ｖｏｚ（図１）が正常値に復帰するため、オゾン発生器１は、有効電力を発生する。図１におけるインバータ出力電流調整器５で設定する破損したガラス管１ｂに直列接続のヒューズ１ａを溶断するための電流値Ｉとその通電時間ｔの関係は、Ｉ^２ｔが規定値Ｎを越えない値とし、Ｎは、約１．０（Ａ^２Ｓｅｃ）である。例えば、正常電流値が０．２〜０．３Ａのオゾン発生器の場合、Ｎ＝１．０（Ａ^２Ｓｅｃ）を越えないように電流２Ａを０．２秒、または３Ａを０．１秒間通電する。

図２に動作タイムチャートを示す。図２の（２−１）で、ガラス管１ｂが破損すると、オゾン発生器１に印加される電圧Ｖｏｚが規定値以下（２−２）となり、異常検知器４が動作（異常検知）する（２−３）。次に、リレー６が励磁（２−４）し、リレー６のｂ接点６ｂが開（２−５）となり、一旦インバータ２が停止する（２−６）。また、リレー６のａ接点６ａは閉（２−７）となる。次に、図２の（２−８）で、インバータ出力電流調整器５によって、正常運転時より低い設定値として、オゾン発生器１の電流を絞ってインバータ２を再起動運転する（２−９）。このとき、インバータ２の出力電流及びオゾン発生器１の電流は、正常運転時よりも小さい電流となる（２−１０）及び（２−１１）。これにより、破損したガラス管１ｂと対になる接地電極管１ｃでの通電電流による発熱が少なくなり、接地電極１ｃが溶けて損傷することがなく、この再起動運転時にヒューズ１ａの溶断（２−１２）によって破損したガラス１ｂ管を切離し、オゾン発生器１の電圧Ｖｏｚ（図１）が正常に復帰する（２−１３）ため、オゾン発生器１が短絡状態から短絡解除（２−１４）となり、電力計９の指示が、０から有効電力を指示する（２−１５）。

これにより、破損したガラス管１ｂと対になる接地電極管１ｃでの前記通電電流による発熱は少なくなり、接地電極１ｃが溶けて損傷、穴が開くというような現象が発生することがない。そして再起動運転時にヒューズ１ａの溶断によって破損したガラス１ｂ管を切離す。ガラス管１ｂ破損時、ヒューズ１ａが溶断するまでは、オゾン発生器１は短絡状態であり、電力計９の指示は、０である。
ヒューズ１の溶断により破損したガラス管１ｂを切離した後は、オゾン発生器１の電圧Ｖｏｚ（図１）が正常値に復帰するため、オゾン発生器１は、有効電力を発生する。電力計９が、正常値を指示する（２−１５）ため、ヒューズｌが溶断したかどうかを判別出来る。
Ｖｏｚが正常値を示すと異常検知器４は異常検知動作を停止し、つながるリレー６のコイル励磁がされなくなり、正常運転スイッチ８の投入によりインバータ２は定格運転を行う。
なお、前記ヒューズ１ａを溶断するための通電はオゾン発生器１に設置されている複数のオゾン発生部５０に設けられた１０％以下のガラス管１ｂの破損に対して適用できる。

このように、この実施の形態１では、破損したガラス管に接続されるヒューズの溶断を、接地電極管を損なうことなく行うことができるという効果がある。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２によるオゾン発生装置１００を示す。図において、インバータ２の第１の出力電流調整器５ａと第２の出力電流調整器５ｂおよびリレー６のコイルと連動して動作するリレー６のｃ接点、６ｃ以外の構成は、図１で示した実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
ここで前記第１の出力電流調整器５ａは、前記インバータ２の定格運転を行うに必要な出力電流をマニュアルで任意に調整するものであり、前記第２の出力電流調整器５ｂは、前記ヒューズ１ａを溶断するために必要な出力電流をマニュアルで調整、出力するものである。

次に実施の形態２の動作について説明する。
万一、ガラス管１ｂが破損すると接地電極管１ｃに集中電流が流れ、オゾン発生器１の電圧Ｖｏｚ（図３）が規定値以下となり異常検知器４の出力に接続されたリレー６のコイル部が励磁し、このリレー６のコイル部に連動したリレー６のｃ接点６ｃによりインバータ出力電流調整信号が、第一のインバータ出力電流調整器５ａの出力側から第二のインバータ出力電流調整器５ｂの出力側に切り替わり、インバータ２が運転した状態で、インバータ２の出力電流が正常運転時より小さい値となり、オゾン発生器１の電流も正常運転時よりも小さい電流となる。これにより、破損したガラス管１ｂと対になる接地電極管１ｃでの通電電流による発熱が少なくなり、該接地電極管１ｃが溶けて損傷することがなく、ヒューズ１ａの溶断によって破損したガラス１ｂ管を切離す。オゾン発生器１の電圧Ｖｏｚ（図３）は正常に復帰するため、該異常検知器４は、異常検知を解除し、リレー６が非励磁となる。

この動作により、上記リレー６のｃ接点６ｃが、第二のインバータ出力電流調整器５ｂの出力から第一のインバータ出力電流調整器５ａの出力に戻る。インバータ２は、運転継続しながら正常運転に戻り、インバータ出力電流調整信号、インバータ２の出力電流、オゾン発生器電流も正常運転時の電流に戻る。ヒューズ１ａの溶断によって、オゾン発生器１は、短絡状態から短絡解除となり、電力計９が０から有効電力を指示する。

図３における第二のインバータ出力電流調整器５ｂで設定する破損したガラス管１ｂに直列接続のヒューズ１ａを溶断するための電流値Ｉとその通電時間ｔの関係は、Ｉ^２ｔが規定値Ｎを越えない値とし、Ｎは、約１．０（Ａ^２Ｓｅｃ）である。例えば、正常電流値が０．２〜０．３Ａのオゾン発生器の場合、Ｎ＝１．０（Ａ^２Ｓｅｃ）を越えないように電流２Ａを０．２秒、または３Ａを０．１秒間通電する。
図４に動作タイムチャートを示す。図４の（４−１）で、ガラス管１ｂが破損するとオゾン発生器１に印加される電圧Ｖｏｚ（図３）が規定値以下（４−２）となると異常検知器４が動作（異常検知）し（４−３）、リレー６が励磁し（４−４）、このリレー６のｃ接点６ｃが第一のインバータ出力電流調整器５ａの出力側から第二のインバータ出力電流調整器５ｂの出力側に切り替わり（４−５）、インバータ２は運転を継続しながら（４−６）、インバータ出力電流調整信号が、インバータ出力正常運転時の設定値（第一のインバータ出力電流調整器５ａ）より低い設定値（第二のインバータ出力電流調整器５ｂ）に切り替わる（４−７）。この動作によりインバータ２の出力電流が正常運転時より小さい値となり（４−８）、オゾン発生器１の電流も正常運転時より小さい値となる（４−９）。

以上により、破損したガラス管１ｂと対になる接地電極管１ｃでの通電電流による発熱が減少し、接地電極管１ｃが溶けて損傷することがない。このインバータ２の出力電流を下げた運転時にヒューズ１ａの溶断（４−１０）によって破損したガラス管１ｂを切離し、オゾン発生器１の電圧Ｖｏｚ（図３）が正常に復帰する（４−１１）ため、異常検知器４は、異常検知を解除（４−１２）し、リレー６ａが非励磁（４−１３）となる。この動作により、上記リレー６のｃ接点６ｃが、第二のインバータ出力電流調整器５ｂの出力から第一のインバータ出力電流調整器５ａの出力に戻り（４−１４）、インバータ２は、運転継続しながら正常運転に戻り（４−１５）、インバータ出力電流調整信号、インバータ２の出力電流、オゾン発生器電流も正常運転時の電流に戻る（４−１６）、（４−１７）、（４−１８）。ヒューズ１ａの溶断によって、オゾン発生器１は、短絡状態から短絡解除（４−１９）となり、電力計９が０から有効電力を指示する（４−２０）。

このようにこの実施の形態２によるオゾン発生装置によれば、インバータの停止を行うことなく、自動で破損したガラス管を切離し、正常運転を行うことが出来る効果がある。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３によるオゾン発生装置１００を示す。
図において、異常検知器４の出力にはタイマー１１が設けられており、このタイマー１１のコイルと連動して動作するタイマー１１のａ接点１１ａ、このタイマー１１のａ接点１１ａと直列接続した表示灯１２以外の構成は、前述した実施の形態２の図３と同様であるので、説明を省略する。

次に実施の形態３の動作について説明する。
万一、ガラス管１ｂが破損すると接地電極管１ｃに集中電流が流れ、オゾン発生器１の電圧Ｖｏｚ（図５）が規定値以下となり、異常検知器４の出力に接続されたリレー６のコイル部が励磁し、このリレー６に連動したリレー６のｃ接点６ｃによりインバータ出力電流調整信号が、第一のインバータ出力電流調整器５ａの出力側から第二のインバータ出力電流調整器５ｂの出力側に切り替わり、インバータ２が運転した状態で、インバータ２の出力電流が正常運転時より小さい値となり、オゾン発生器１の電流も正常運転時よりも小さい電流となる。

一方、ガラス管１ｂが破損し、該異常検知器４の出力に接続されたタイマー１１が励磁し、異常検知器４の異常検知動作が、タイマー１１の設定時間Ｔ以上継続した時点で、タイマーのａ接点１１ａがＯＮとなり、表示灯１２が点灯する。設定時間Ｔは、ヒューズの溶断特性より、５秒から１０秒の間に設定される。
図６にガラス管１ｂの破損から表示灯１２が点灯するまでの動作タイムチャートを示す。図６の（６−１）で、ガラス管１ｂが破損するとオゾン発生器１の電圧Ｖｏｚ（図５）が規定値以下となり（６−２）、異常検知器４が動作（異常検知）する（６−３）。タイマー１１は設定時間Ｔ以上継続した時点（６−４）でタイムアップとなり、タイマーのａ接点１１ａがＯＮ（６−５）となり、表示灯１２が点灯する（６−６）。

このようにこの実施の形態３によるオゾン発生装置によれば、タイマーにより異常検知器の動作時間を監視し、ヒューズが溶断しなかった場合は、表示灯を点灯するので装置操作技術員は事故発生を容易に知ることができる。

実施の形態４．
図７は、実施の形態４によるオゾン発生装置１００を示す。
図において、タイマー１１のコイルと連動して動作するタイマー１１のａ接点１１ａ、このタイマー１１のａ接点１１ａにより送出される「ヒューズ溶断不可」の信号１３以外の構成は、前述した実施の形態３の図５と同様であるので説明を省略する。

次に実施の形態４の動作について説明する。
万一、ガラス管１ｂが破損すると接地電極管１ｃに集中電流が流れ、オゾン発生器１の電圧Ｖｏｚ（図７）が規定値以下となり該異常検知器４の出力に接続されたリレー６のコイル部が励磁し、リレー６に連動したリレー６のｃ接点６ｃによりインバータ出力電流調整信号が、第一のインバータ出力電流調整器５ａの出力側から第二のインバータ出力電流調整器５ｂの出力側に切り替わり、インバータ２が運転した状態で、インバータ２の出力電流が正常運転時より小さい値となり、オゾン発生器１の電流も正常運転時よりも小さい電流となる。

一方、ガラス管１ｂが破損し、異常検知器４の出力に接続されたタイマー１１が励磁し、異常検知器４の異常検知動作が、タイマーの設定時間Ｔ以上継続した時点で、タイマーのａ接点１１ａがＯＮとなり、外部へ「ヒューズ溶断不可」の信号１３を送出する。設定時間Ｔは、ヒューズの溶断特性より、５秒から１０秒の間に設定される。
図８にガラス管１ｂの破損から表示灯１２が点灯するまでの動作タイムチャートを示す。図８の（８−１）で、ガラス管１ｂが破損するとオゾン発生器１の電圧Ｖｏｚ（図７）が規定値以下となり（８−２）、異常検知器４が動作（異常検知）する（８−３）。タイマー１１は設定時間Ｔ以上継続した時点（８−４）でタイムアップとなり、タイマーのａ接点１１ａがＯＮ（８−５）となり、外部へ「ヒューズ溶断不可」の信号１３を送出する（８−６）。

このようにこの実施の形態４によるオゾン発生装置によれば、タイマーにより異常検知器の動作時間を監視し、ヒューズが溶断しなかった場合は、「ヒューズ溶断不可」の信号を外部のプラント監視盤に送出することができるので、オゾン発生装置のガラス管の破損した該ガラス管をオゾン発生装置から切り離し不可の情報伝達が速やかとなるという効果がある。

この発明の実施の形態１〜４は、オゾンを用いた水処理プラントや一般工業向化学プロセス、半導体装置の酸化膜形成等に利用できる。

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によるオゾン発生装置を示す動作タイムチャートである。この発明の実施の形態２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２によるオゾン発生装置を示す動作タイムチャートである。この発明の実施の形態３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３によるオゾン発生装置を示す動作タイムチャートである。この発明の実施の形態４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４によるオゾン発生装置を示す動作タイムチャートである。

符号の説明

１オゾン発生器、１ａヒューズ、１ｂガラス管、１ｃ接地電極管、
２インバータ、４異常検知器、５インバータ出力電流調整器、
５ａ第１のインバータ出力電流調整器、５ｂ第２のインバータ出力電流調整器、
６リレー、１１タイマー、１２表示灯、１３ヒューズ溶断不可の信号、
５０オゾン発生部、１００オゾン発生装置。

Claims

オゾン発生器とインバータとが設けられ、前記オゾン発生器には前記インバータにつながるヒューズ、ガラス管および接地電極管よりなるオゾン発生部が複数設けられているとともに、さらに前記オゾン発生器の異常を検知する異常検知器と、該異常検知器に設けられたリレーと、前記インバータの定格運転を行うに必要な出力電流の調整を行う第１の出力電流調整器および、前記ヒューズを溶断するのに必要な出力電流の調整を行う第２の出力電流調整器とが備えられたオゾン発生装置において、
前記インバータの定格運転時に前記ガラス管に異常が発生し、前記オゾン発生器に印加される電圧が規定値以下となったことを検知する前記異常検知器が出力する信号で、前記リレーが動作し前記第２の出力電流調整器側に切り替わるとともに、前記ヒューズが溶断して前記電圧が規定値に復帰したことを検知する前記異常検出器が出力する信号で、前記リレーが動作して前記第１の出力電流調整器側に切り替わることを特徴とするオゾン発生装置。
オゾン発生器とインバータとが設けられ、前記オゾン発生器には前記インバータにつながるヒューズ、ガラス管および接地電極管よりなるオゾン発生部が複数設けられているとともに、さらに前記オゾン発生器の異常を検知する異常検知器と、該異常検知器に設けられたリレーと、およびタイマならびに該タイマにつながる表示灯と、前記インバータの定格運転を行うに必要な出力電流の調整を行う第１の出力電流調整器および、前記ヒューズを溶断するのに必要な出力電流の調整を行う第２の出力電流調整器とが備えられたオゾン発生装置において、
前記インバータの定格運転時に前記ガラス管に異常が発生し、前記オゾン発生器に印加される電圧が規定値以下となったことを検知する前記異常検知器が出力する信号で、前記リレーが動作し前記第２の出力電流調整器側に切り替わるとともに、前記ヒューズが溶断して前記電圧が規定値に復帰したことを検知する前記異常検出器が出力する信号で、前記リレーが動作して前記第１の出力電流調整器側に切り替わり、前記異常検知器の異常動作継続時間が、前記タイマに設定された所定の時間以上に達した場合、前記タイマは前記表示灯点灯の信号を出力することを特徴とするオゾン発生装置。
前記ヒューズが前記タイマーに設定された所定の時間に達しても溶断しないとき、前記タイマーは該オゾン発生装置の外部に設置されたプラント監視盤に信号を発することを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生装置。
前記ガラス管の破損は、前記複数のオゾン発生部の１０％以下のガラス管に破損が発生したものであることを特徴とする請求項１〜請求項２のいずれか１項に記載のオゾン発生装置。