JP7462859B1

JP7462859B1 - オゾン濃度測定装置、オゾン濃度測定方法、および、オゾン発生システム

Info

Publication number: JP7462859B1
Application number: JP2023573552A
Authority: JP
Inventors: 学生沼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2023-08-24
Filing date: 2023-08-24
Publication date: 2024-04-05
Anticipated expiration: 2043-08-24

Abstract

容器（８）の内部の被測定ガスのオゾンの濃度を測定するオゾン濃度測定装置（１００）において、光を照射する発光部（２）、光を受光する受光部（３）、および発光部（２）へ発光信号および受光部（３）から受光信号の送受信を行う信号処理部（１）が一体に形成された光電センサ（４）と、発光部（２）に接続され容器の内部に光を導入する投光用光ファイバ（５）と、容器（８）の内部を通過した光を受光部（３）に導出する受光用光ファイバ（６）と、信号処理部（１）の受光信号に基づいて被測定ガスのオゾンの濃度を演算する演算部（９）とを備える。

Description

本開示は、オゾン濃度測定装置、オゾン濃度測定方法、および、オゾン発生システムに関するものである。

オゾンは、水処理、脱臭、半導体製造、殺菌、およびウイルス不活化処理等、多岐に亘る分野で利用されている。オゾンの産業利用において、供給するオゾン濃度を測定する必要があり、簡易で高精度なオゾン濃度測定装置が求められている。例えば、オゾン発生器から発生された２００ｇ／Ｎｍ３以上の高濃度のオゾン濃度を測定する方法として、遮光した容器中のオゾンに、可視光光源からの光を照射し、それに対向しておいた受光素子により、オゾンの吸光度を測定することによりオゾン濃度を計測するオゾン濃度測定装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－１３２８２７号公報

従来のオゾン濃度測定装置は、光路長が数ｃｍ～数１０ｃｍの光を、遮光した容器に一対の光透過窓を設け、一方の光透過窓の外部に備えた可視光光源から他方の光透過窓に向けて照射された５５０ｎｍ～６３０ｎｍの波長を含む可視光を、他方の光透過窓の外部に該可視光光源に受光面を向けて取り付けた受光素子により検出することでオゾンによる吸光度を測定する。このため、可視光光源と受光素子が少なくとも光路長だけ離れた場所に設置されることとなり、両者間の温度差、また、両者に接続された電気配線に誘起される微弱なノイズ等の影響により、測定される吸光度が不安定化しオゾン濃度の測定精度が低下するという問題点があった。また、一対の光透過窓の外部に可視光光源と受光素子をそれぞれ設置し、さらにこれらを駆動する電源が必要となることから、装置が複雑かつ大型化するという問題点があった。

本開示は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、小型かつ簡易な構成で、オゾン濃度の測定を高精度に行うことができるオゾン濃度測定装置、オゾン濃度測定方法、および、それらを採用したオゾン発生システムを提供することを目的とする。

本開示のオゾン濃度測定装置は、
容器の内部の被測定ガスのオゾンの濃度を測定するオゾン濃度測定装置において、
光を照射する発光部、前記光を受光する受光部、および前記発光部へ発光信号および前記受光部から受光信号の送受信を行う信号処理部が一体に形成された光電センサと、
前記光電センサに形成された前記発光部に接続され前記容器の内部に前記光を導入する投光用光ファイバと、
前記容器の内部を通過した前記光を前記光電センサに形成された前記受光部に導出する受光用光ファイバと、
前記光電センサに形成された前記信号処理部の前記受光信号に基づいて前記被測定ガスの
オゾンの濃度を演算する演算部とを備え、
前記容器は、中空の管状部材にて形成され、
前記投光用光ファイバは、前記容器の一端側に設置され、
前記受光用光ファイバは、前記容器の他端側に設置され、
前記中空の管状部材は、金属、または、外周に反射膜を形成したガラスにより構成され、前記光は、前記中空の管状部材の壁面で反射されながら伝播する
ものである。
また、本開示のオゾン濃度測定方法は、
容器の内部の被測定ガスのオゾンの濃度を測定するオゾン濃度測定方法において、
前記容器は、中空の管状部材にて形成され、
投光用光ファイバは、前記容器の一端側に設置され、
受光用光ファイバは、前記容器の他端側に設置され、
前記中空の管状部材は、金属、または、外周に反射膜を形成したガラスにより構成され、光は、前記中空の管状部材の壁面で反射されながら伝播するものであって、
前記光を照射する発光部、前記光を受光する受光部、および前記発光部へ発光信号および前記受光部から受光信号の送受信を行う信号処理部が一体に形成された光電センサを準備する光電センサ準備工程と、
前記光電センサに形成された前記発光部に接続され前記容器の内部に前記光を導入する前記投光用光ファイバを準備する投光用光ファイバ準備工程と、
前記容器の内部を通過した前記光を前記光電センサに形成された前記受光部に導出する前記受光用光ファイバを準備する受光用光ファイバ準備工程と、
前記光電センサに形成された前記信号処理部の前記受光信号に基づいて前記被測定ガスのオゾンの濃度を演算する演算工程とを備えた
ものである。
また、本開示のオゾン発生システムは、
オゾンを生成し外部に前記被測定ガスとして送出するオゾン発生器と、
前記オゾン発生器から送出され前記被測定ガスを前記容器内に導入し、前記被測定ガスのオゾンの濃度を測定する前記オゾン濃度測定装置と、
前記オゾン濃度測定装置の前記被測定ガスのオゾンの濃度の測定結果に基づいて、前記オゾン発生器を制御する制御部とを備えた
ものである。

本開示に開示されるオゾン濃度測定装置、オゾン濃度測定方法、および、オゾン発生システムによれば、
小型かつ簡易な構成で、オゾン濃度の測定を高精度に行うことができる。

実施の形態１によるオゾン濃度測定装置の構成を示す図である。図１に示したオゾン濃度測定装置の容器部分の構成を示す断面図である。実施の形態２によるオゾン濃度測定装置の容器部分の構成を示す断面図である。実施の形態２によるオゾン濃度測定装置の他の容器部分の構成を示す断面図である。実施の形態３によるオゾン濃度測定装置の光電センサの発光部の発光パターンを示す図である。実施の形態４によるオゾン濃度測定装置の構成を示す図である。実施の形態５によるオゾン濃度測定装置の構成を示す図である。実施の形態６によるオゾン発生システムの構成を示す図である。実施の形態７によるオゾン発生システムの構成を示す図である。実施の形態による光電センサの他の例を示すブロック図である。実施の形態による制御部および演算部のハードウエアの構成の一例を示すブロック図である。

以下、本開示に係るオゾン濃度測定装置、オゾン濃度測定方法、および、オゾン発生システムの好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部分については同一符号を配し、その詳しい説明は適宜省略する。全ての実施の形態は同様に、同一符号を付した構成および動作について重複した説明は適宜省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１によるオゾン濃度測定装置の構成を示す図である。図２は、図１に示したオゾン濃度測定装置の容器部分の構成を示す断面図である。

図１に示すように、オゾン濃度測定装置１００は、光電センサ４と、投光用光ファイバ５と、受光用光ファイバ６と、被測定ガス７を内包する容器（セルとも言う）８と、演算部９とを備える。光電センサ４は、筐体４０内に、発光部２と、受光部３と、信号処理部１とが一体に形成されている。発光部２は、光としての可視光１０を照射する。特に、ＡｌＩｎＧＡＰ（アルミニウム、インジウム、ガリウム、リン）からなる４元素系の赤色発光ダイオードを用いることが、波長、輝度、安定性の観点から好適であり、オゾン濃度の測定を高精度に行うことができる。また、可視光１０は、少なくとも５００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の波長の光を含むものである。これは、オゾンによる吸収断面積が大きい波長であり、オゾン濃度の測定を高精度に行うことができる。

受光部３は、可視光１０を受光する。光電センサ４内において、発光部２および受光部３は、容器８の中心軸に対して平行に配列されている。信号処理部１は、発光部２にあらかじめ設定された発光強度の可視光１０を発光させるための発光信号を送信し、可視光１０を受光した受光部３からの受光信号を受信する。投光用光ファイバ５は、発光部２および容器８の一端側に接続され、発光部２から照射された可視光１０を容器８の一端側から容器８内に導入する。受光用光ファイバ６は、容器８の他端側および受光部３に接続され、容器８を通過した可視光１０を容器８の他端側から受光して、受光部３に導出する。

このように形成された光電センサ４としては、例えば、デジタルファイバセンサを用いることができる。デジタルファイバセンサは、本開示による光電センサ４と同様に、筐体４０の内部に発光部２と受光部３と信号処理部１とを備え、これらを光ファイバと接続する構造を有している。また、本開示と同様に、信号処理部１により、発光部２の発光強度の調節機能、受光部３の受光強度の信号を外部に出力する機能を備えることから、本開示のオゾン濃度測定装置１００に好適に適用できる。また、光電センサ４として、当該デジタルファイバセンサを使用することにより、装置の小型化、低価格、高安定な光電センサ４を得ることが簡易となり、本開示による小型化かつ簡易な構成で、オゾン濃度の測定を高精度に行うことができるオゾン濃度測定装置１００を形成するうえで極めて有効である。

図２に示すように、容器８は、中空の管状部材のここでは直管にて形成され、例えば、ステンレス管にて形成される。そして、内壁は、電解研磨処理またはブライトアニール処理等が施され、可視光１０に対して高い反射率を有している。これにより、レンズまたはコリメータ等の光学部品を用いることなく、簡易な構成でオゾン濃度の測定を高精度に行うことができる。

容器８の両端部には、Ｔ字状の接続管１１Ａ、１１Ｂをそれぞれ設置している。容器８の一端側の接続管１１Ａには、第１受口部１１Ａ１に容器８の一端側が接続され、第２受口部１１Ａ２にファイバコネクタ１２Ａを介して投光用光ファイバ５が接続され、第３受口部１１Ａ３が被測定ガス７の導入部となる。容器８の他端側の接続管１１Ｂには、第１受口部１１Ｂ１に容器８の他端側が接続され、第２受口部１１Ｂ２にファイバコネクタ１２Ｂを介して受光用光ファイバ６が接続され、第３受口部１１Ｂ３が被測定ガス７の導出部となる。接続管１１Ａ、１１Ｂは、例えば、ステンレス鋼またはフッ素樹脂など、耐オゾン性に優れた材料が好適に用いられる。

ファイバコネクタ１２Ａ、１２Ｂは、耐オゾン性および可視光透過性を有する材料で構成され、例えば、ガラス、半透明フッ素樹脂などが好適に用いられる。このように、接続管１１Ａ、１１Ｂにファイバコネクタ１２Ａ、１２Ｂを介して、投光用光ファイバ５および受光用光ファイバ６が設置されているため、投光用光ファイバ５および受光用光ファイバ６が被測定ガス７中のオゾンに直接晒されることを抑制し、投光用光ファイバ５および受光用光ファイバ６の劣化を抑制している。よって、長期間安定したオゾン濃度の測定が可能となる。また、投光用光ファイバ５および受光用光ファイバ６を必ずしも耐薬品性の高い材料で構成される光ファイバを使用する必要がないため、安価で汎用的な光ファイバを用いることが可能となる。これにより装置のコストが軽減される。

また、計測部は容器８、接続管１１Ａ、１１Ｂ、ファイバコネクタ１２Ａ、１２Ｂにより構成されることから、高い気密構造を容易に得ることができる。このため、陽圧あるいは陰圧の条件においても安定的にオゾン濃度を測定できる。また、計測部は容器８、接続管１１Ａ、１１Ｂ、ファイバコネクタ１２Ａ、１２Ｂにより構成されることから、耐熱性に優れた部材のみにより構築可能である。このため、広い温度範囲の被測定ガス中のオゾン濃度を測定できる。

演算部９は、光電センサ４から送られる受光信号（受光強度）の情報を基に、後述する（１）式によりオゾン濃度を演算する。演算部９はこのように算出する機能を有する機器を用いればよい。例えば、ＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌｃｏｍｐｕｔｅｒ／パーソナルコンピューター）、マイクロコントローラ、ＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ／プログラマブル・ロジック・コントローラ）、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ／フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）などを用いることが考えられる。

次に上記のように構成された実施の形態１のオゾン濃度測定装置１００を用いたオゾン濃度測定方法について説明する。まず、被測定ガス７を、容器８の一端側の接続管１１Ａの第３受口部１１Ａ３から導入するとともに、容器８の他端側の接続管１１Ｂの第３受口部１１Ｂ３から導出する動作を連続的に行い、容器８内には被測定ガス７が常に充填された状態とする。

そして、光を照射する発光部２、光を受光する受光部３、および発光部２へ発光信号および受光部３から受光信号の送受信を行う信号処理部１が一体に形成された光電センサ４を準備する光電センサ準備工程を行い。そして、発光部２に接続され容器８の内部に光を導入する投光用光ファイバ５を準備する投光用光ファイバ準備工程を行い。そして、容器８の内部を通過した光を受光部３に導出する受光用光ファイバ６を準備する受光用光ファイバ準備工程を行う。

次に、光電センサ４は、信号処理部１の発光信号に基づいて、発光部２は設定された発光強度の可視光１０を照射する。すると、可視光１０は、投光用光ファイバ５を介して、容器８の一端側からファイバコネクタ１２Ａを介して容器８の内部に照射される。容器８に導入された可視光１０は、容器８の内壁で反射を繰り返しながら伝播し、容器８の他端側のファイバコネクタ１２Ｂを介して受光用光ファイバ６に到達し、受光部３にて受光強度が測定され信号処理部１に送信される。そして、演算部９は、信号処理部１の受光強度の信号に基づいて被測定ガス７のオゾン濃度を以下に示すように演算する演算工程を行う。

容器８内の被測定ガス７中にオゾンが存在しない場合には、可視光１０は被測定ガス７に吸収されず、受光部３で測定される可視光１０の受光強度は低下しない。一方、容器８内の被測定ガス７中にオゾンが存在する場合には、可視光１０がオゾンに吸収され、受光部３で測定される可視光１０の受光強度が低下する。演算部９は、光電センサ４から送られたこれら受光強度の比に基づいて、下記に示す（１）式により容器８内の被測定ガス７中のオゾン濃度を演算する。

ここで、Ｉ_０はオゾンが存在しない状態における受光強度、Ｉはオゾンが存在する状態における受光強度、εはオゾンの吸光係数（ｄｍ^２／ｍｏｌ）、Ｌは光路長（ｄｍ）、Ｃ_Ｏ３はオゾン濃度（ｇ／ｍ^３）である。オゾンの吸光係数εは物性値、光路長Ｌは容器８の大きさによって決まる定数であるため、オゾンが存在しない場合と存在する場合とのそれぞれの受光強度から上記（１）式によりオゾン濃度が算出される。

なお、ここでは、被測定ガス７を、投光用光ファイバ５側の接続管１１Ａから導入し、受光用光ファイバ６側の接続管１１Ｂから導出する例を示したが、被測定ガス７の流れ方向に制約はなく、例えば、被測定ガス７を受光用光ファイバ６側の接続管１１Ｂから導入し、投光用光ファイバ５側の接続管１１Ａから導出するという逆方向の流れであっても同様に被測定ガス７のオゾン濃度は測定できる。

また、容器８の光路長は、測定対象とする被測定ガス７のオゾン濃度および必要とされる測定精度などに応じて任意に決定される。ただし、１０ｃｍ以上、１００ｃｍ以下であることが好適である。これは、光路長を１０ｃｍ以下であると、容器８内でオゾンによる十分な光吸収が生じずオゾン濃度の測定精度が低下する可能性があり、また、光路長を１００ｃｍ以上とすると、被測定ガス７に高濃度のオゾンが存在するとオゾンの光吸収が大きすぎて測定が難しくなることに加え、装置が大型化し設置場所の制約が生じるためである。

また、本実施の形態１では、容器８としてステンレス管の直管を用いる例を示したが、被測定ガス７を内包して可視光１０によるオゾン濃度測定が行える限りにおいてこれに限定されるものではない。例えば、容器８として、金属タンク状の構造であってもよい。また、例えば、ガラス管の外周に金属膜を成膜することで、高いオゾン耐性と高い可視光反射特性を備えた容器８を用いてもよい。

上記のように構成された実施の形態１のオゾン濃度測定装置によれば、
容器の内部の被測定ガスのオゾンの濃度を測定するオゾン濃度測定装置において、
光を照射する発光部、前記光を受光する受光部、および前記発光部へ発光信号および前記受光部から受光信号の送受信を行う信号処理部が一体に形成された光電センサと、
前記発光部に接続され前記容器の内部に前記光を導入する投光用光ファイバと、
前記容器の内部を通過した前記光を前記受光部に導出する受光用光ファイバと、
前記信号処理部の前記受光信号に基づいて前記被測定ガスのオゾンの濃度を演算する演算部とを備えた
ので、
光電センサの発光部および受光部が一体に形成されているため、発光部と受光部との両者の間に温度差が生じにくく、温度差に起因する発光強度および受光感度の変化に伴うオゾン濃度の測定精度の低下を抑制できる。
さらに、光電センサの発光部および受光部が一体に形成されているため、装置構成を小型かつ簡素化できる。
さらに、容器側には、投光用光ファイバ、および受光用光ファイバが接続されているのみであるため、容器側において、電気配線が不要となり、電気配線を敷設する必要がない。そして、発光部および受光部においては、配線抵抗の温度変化、および、電磁ノイズの影響を受けることなく高精度で安定したオゾン濃度の測定ができる。
さらに、容器側には、投光用光ファイバ、および受光用光ファイバが接続されているのみであるため、容器とその周辺の構成が簡素かつ小型となり、オゾン濃度測定装置を狭隘なスペースに設置できる。

さらに、上記のように構成された実施の形態１のオゾン濃度測定装置によれば、
前記容器は、中空の管状部材にて形成され、
前記投光用光ファイバは、前記容器の一端側に設置され、
前記受光用光ファイバは、前記容器の他端側に設置された
ので、
簡易な構成にて容器を形成でき、光の伝播が容易となり、安価で簡素な構成でオゾン濃度の測定を高精度に行うことができる。

さらに、上記のように構成された実施の形態１のオゾン濃度測定装置によれば、
第１受口部、第２受口部、および第３受口部を有するＴ字状の接続管を、前記容器の一端側および他端側にそれぞれ設置し、
前記容器の前記一端側の前記接続管は、前記第１受口部に前記容器の前記一端側が接続され、前記第２受口部に前記投光用光ファイバが接続され、前記第３受口部が前記被測定ガスの導入部となり、
前記容器の前記他端側の前記接続管は、前記第１受口部に前記容器の前記他端側が接続され、前記第２受口部に前記受光用光ファイバが接続され、前記第３受口部が前記被測定ガスの導出部となる
ので、
接続管により、各光ファイバの容器への設置、被測定ガスの導入および導出を容易かつ簡便に行うことができ、簡易な構造にて構成できる。
さらに、各光ファイバの劣化を抑制し、長期間安定的にオゾン濃度を測定できる。

また、上記のように構成された実施の形態１のオゾン濃度測定方法によれば、
容器の内部の被測定ガスのオゾンの濃度を測定するオゾン濃度測定方法において、
光を照射する発光部、前記光を受光する受光部、および前記発光部へ発光信号および前記受光部から受光信号の送受信を行う信号処理部が一体に形成された光電センサを準備する光電センサ準備工程と、
前記発光部に接続され前記容器の内部に前記光を導入する投光用光ファイバを準備する投光用光ファイバ準備工程と、
前記容器の内部を通過した前記光を前記受光部に導出する受光用光ファイバを準備する受光用光ファイバ準備工程と、
前記信号処理部の前記受光信号に基づいて前記被測定ガスのオゾンの濃度を演算する演算工程とを備えたので、
温度差に起因する発光強度および受光感度の変化に伴うオゾン濃度の測定精度の低下を抑制できるとともに、配線抵抗の温度変化、および、電磁ノイズの影響を受けることなく高精度で安定したオゾン濃度の測定ができる。

実施の形態２．
図３および図４は、実施の形態２によるオゾン濃度測定装置の容器部分の構成を示す断面図である。図３に示すように、本実施の形態では、上記実施の形態１と比較して容器８に直管部８０に加えて、１箇所の曲管部１３を有している点が異なる。また他の例として、図４に示すように、容器８は、直管部８０に加えて、２箇所の曲管部１３Ａ、１３Ｂを有している。

容器８の内壁は、可視光１０に対する反射率を高く形成することで、投光用光ファイバ５から照射された可視光１０が、容器８の内壁で複数回反射しながら受光用光ファイバ６に向けて伝播する。よって、例え、図３または図４に示すように、直管部８０以外に、曲管部１３、１３Ａ、１３Ｂが存在した場合であっても、可視光１０が反射を繰り返すことで伝播でき、上記実施の形態１と同様にオゾン濃度を測定できる。

このように、容器８に曲管部１３、１３Ａ、１３Ｂを備えることで、オゾン濃度測定装置１００の形状の自由度を向上できる。例えば、既設のオゾン発生器の配管に沿った形で適宜、曲管部１３、１３Ａ、１３Ｂを形成することで、設置の自由度を高めることができる。また、曲管部１３、１３Ａ、１３Ｂを備えることで、長い光路長の容器８を小さく形成可能であり、比較的小型のオゾン濃度測定装置１００であっても高精度なオゾン濃度測定が可能となる。なお、図３および図４の曲管部１３、１３Ａ、１３Ｂは直角となっているが、曲げ角度は必ずしも直角である必要はなく、任意に決定することができる。例えば円環状に曲げたり、らせん状に曲げることでも同様の効果を得ることができる。

上記のように構成された実施の形態２のオゾン濃度測定装置によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、
前記容器は、直管部と曲管部とにて形成され、
前記投光用光ファイバは、前記容器の一端側に設置され、
前記受光用光ファイバは、前記容器の他端側に設置された
ので、
オゾン濃度測定装置の形状の自由度を向上できる。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３によるオゾン濃度測定装置の光電センサ４の発光部２の発光パターンを示す図である。

本実施の形態では、光電センサ４の発光部２からの可視光１０の発光パターンをパルス変調させている。それ以外の構成および動作は上記各実施の形態と同様である。発光部２を連続的に発光させると温度が上昇する場合がある。一般に発光部２（発光素子）の発光強度と波長には温度依存性があるため、オゾン濃度を連続的に測定する際に発光部２の温度が上昇すると測定精度が低下するおそれがある。本実施の形態によれば、発光部２の発光をパルス変調し間欠的に発光させるため、連続発光の場合と比較して発熱が抑制され、温度増加に伴うオゾン濃度の測定精度の低下を抑制できる。

実施の形態４．
図６は、実施の形態４によるオゾン濃度測定装置の構成を示す図である。本実施の形態では、オゾン濃度測定装置１００の光電センサ４および演算部９を計装部１４として形成し、容器８側を計測部１５とし、分けて形成する点が上記各実施の形態と異なる。このように形成するために、投光用光ファイバ５および受光用光ファイバ６をそれぞれ複数の光ファイバ５１、５２および光ファイバ６１、６２にて構成する。そして、それぞれを連結する連結部５１１、５１２、および連結部６１１、６１２を備える。また、ここでは連結部５１１、６１１を計装部１４に設置している。

このように形成すれば、計装部１４と計測部１５とは、投光用光ファイバ５および受光用光ファイバ６の連結部５１１、５１２、６１１、６１２にて連結され接続されているため、両者は構造的に独立している。よって、計装部１４と計測部１５とを互いに離間して設置できる。これにより、オゾン濃度測定装置１００の設置スペースが限られる狭隘な場所においても設置が可能となり、オゾン濃度の測定が可能となる。また、計測部１５には電気機器が一切含まれず、計測部１５と計装部１４とは各光ファイバ５、６のみによって接続されている。

よって、例えば、計装部１４のみを、低電磁ノイズ環境場および風雨の防がれる屋内に設置し、計測部１５を例えば屋外の測定する箇所に設置することが可能となる。また、計装部１４を例えばオゾン発生システムのような他の装置の制御部と同一箇所に設置することが可能となる。なお、ここでは投光用光ファイバ５および受光用光ファイバ６をそれぞれ２つの光ファイバ５１、５２、６１、６２を用いる例を示したが、これに限られることはなく、３つ以上の光ファイバを用いてそれぞれに連結部を形成して設置することも可能である。

また、連結部５１１、６１１を計装部１４に設置しているので、連結部５１１、５１２、６１１、６１２の着脱が容易になり光ファイバ５１、５２、６１、６２が動いたり曲がったりすることによる光強度の変化を抑制できる

上記のように構成された実施の形態４のオゾン濃度測定装置によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するとともに、
前記投光用光ファイバおよび前記受光用光ファイバは、それぞれ複数の光ファイバにて形成され、それぞれを連結する連結部を備えた
ので、
演算部および光電センサ側と、容器側とを光ファイバにより構造的に分離して形成できるため、演算部および光電センサ側のみを、低電磁ノイズ環境場および風雨の防がれる屋内に設置することが可能となる。また、演算部を他の装置の制御部と一緒に構成することが可能となる。

実施の形態５．
図７は、実施の形態５によるオゾン濃度測定装置の構成を示す図である。本実施の形態は、計装部１４は、複数の光電センサ４Ａ、４Ｂ、４Ｃを有し、各光電センサ４Ａ、４Ｂ、４Ｃがそれぞれ独立した計測部１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを有し、各光ファイバ５、６によってそれぞれ接続されている。それ以外の構成は上記実施の形態４と同様である。

本実施の形態では、オゾン濃度を複数箇所で測定する場合、または、複数のオゾン発生器から発生されるオゾン濃度を測定する場合において、別々の計測部１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを設置し、各光電センサ４Ａ、４Ｂ、４Ｃにて計測し、計装部１４として集約することが可能となり、オゾン発生システムとして簡易な構成にできる。また、演算部９を１つに集約できることから、複数の計測部１５に独立した演算部９を備える場合と比較して安価な構成にできる。

上記のように構成された実施の形態５のオゾン濃度測定装置によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するとともに、
前記光電センサを複数備え、
１つの前記光電センサ毎に、前記投光用光ファイバ、前記受光用光ファイバおよび前記容器をそれぞれ備え、
前記演算部は、各前記光電センサに接続された前記容器毎に前記被測定ガスのオゾンの濃度を演算する
ので、
オゾン濃度を複数箇所で測定する場合、また、複数のオゾン発生器から発生されるオゾン濃度を測定する場合において、簡易かつ安価に構成できる。

実施の形態６．
図８は、実施の形態６によるオゾン発生システムの構成を示す図である。図８に示すように、オゾン発生システムでは、原料ガス源２０から酸素を含む原料ガス２３がオゾン発生器２１に供給される。そして、オゾン発生器２１で生成されたオゾンが被測定ガス７としてオゾン配管２５を通ってオゾン使用設備２６に供給される。そして、オゾン発生システムは、オゾン発生器２１を制御する制御部２２を備えている。オゾン濃度測定装置１００は、オゾン配管２５を流れるオゾンを被測定ガス７として分岐する形で、被測定ガス７を容器８内に採取し、そのオゾン濃度を測定し、その後にオゾン配管２５に返送する。なお、オゾン濃度測定装置１００は必ずしも図８のように、オゾン配管２５から分岐する形で設置する必要はなく、容器８自体をオゾン配管２５として用いることも可能であり、同様に行うことができる。

制御部２２は、オゾン濃度測定装置１００にて測定されたオゾン濃度の情報を基に、あらかじめ設定されているオゾン濃度のオゾンが安定して供給できるよう、オゾン発生器２１の運転条件をフィードバック制御する。なお、制御するオゾン発生条件として、オゾン発生器２１に投入する電力、原料ガス２３の流量、原料ガス２３の組成などがあるが、オゾン発生器２１の運転に関わる条件であればこれに限定されるものではない。

オゾン発生システムは、小型かつ簡易な構成で高精度にオゾン濃度を測定可能なオゾン濃度測定装置１００によりオゾン発生器２１で生成されるオゾンのオゾン濃度をインラインかつリアルタイムに測定できる。また、測定されたオゾン濃度の情報を基にオゾン発生器２１をフィードバック制御することで、あらかじめ設定されたオゾン濃度のオゾンを安定してオゾン使用設備２６に供給できる。

上記のように構成された実施の形態６のオゾン発生システムによれば、
オゾンを生成し外部に前記被測定ガスとして送出するオゾン発生器と、
前記オゾン発生器から送出され前記被測定ガスを前記容器内に導入し、前記被測定ガスのオゾンの濃度を測定する前記オゾン濃度測定装置と、
前記オゾン濃度測定装置の前記被測定ガスのオゾンの濃度の測定結果に基づいて、前記オゾン発生器を制御する制御部とを備えた
ので、
簡易な構成でオゾン濃度が測定できるため、当該測定したオゾン濃度に応じてあらかじめ設定されたオゾン濃度となるようにオゾン発生器を制御できるとともに、オゾン発生システムを簡便に構築できる。

実施の形態７．
図９は、実施の形態７によるオゾン発生システムの構成を示す図である。本実施の形態は、オゾン使用設備２６に導入される上流側のオゾン配管２５１を通る被測定ガスを第１被測定ガス７Ａとし、当該第１被測定ガス７Ａのオゾン濃度を測定するための計測部１５Ａを設置し、さらに、オゾン使用設備２６から排出される下流側のオゾン配管２５２を通る被測定ガスを第２被測定ガス７Ｂとし、当該第２被測定ガス７Ｂのオゾン濃度を測定するための計測部１５Ｂを設置する。そして、計測部１５Ａと計測部１５Ｂが計装部１４に各光ファイバ５、６にて接続されている。オゾン濃度測定装置１００は計測部１５Ａと計測部１５Ｂ、および計装部１４とから構成されている。

オゾン濃度測定装置１００は、計測部１５Ａのオゾン濃度、すなわちオゾン使用設備２６の上流側の第１被測定ガス７Ａのオゾン濃度と、計測部１５Ｂのオゾン濃度、すなわちオゾン使用設備２６の下流側の第２被測定ガスのオゾン濃度との両方を測定し、その信号を制御部２２に送る。制御部２２は、送られたそれぞれのオゾン濃度の情報に応じてオゾン発生器２１の運転条件をフィードバック制御する。その他の構成および動作は上記実施の形態６と同様である。

オゾン使用設備２６として、例えば水処理槽が挙げられる。本実施の形態では、水処理槽の上流側と下流側とのオゾン濃度を同時に測定することで、オゾン消費量を算出し、下流側への漏洩オゾン量を最小化するなどの高度な制御が可能となる。また、２つの計測部１５Ａ、１５Ｂに対して計装部１４を共通化して１台とできるため、小型かつ簡易な構成で２箇所におけるオゾン濃度を測定できる。

上記のように構成された実施の形態７のオゾン発生システムによれば、
オゾンを生成し外部に前記被測定ガスとしての第１被測定ガスを送出するオゾン発生器と、
前記オゾン発生器から前記第１被測定ガスを導入して当該オゾンを使用し、前記被測定ガスとしての第２被測定ガスを排出するオゾン使用設備と、
前記オゾン使用設備に導入される前記第１被測定ガスを前記容器内に導入し、前記第１被測定ガスのオゾンの濃度を測定するとともに、前記オゾン使用設備から排出される前記第２被測定ガスを前記容器と異なる前記容器内に導入し、前記第２被測定ガスのオゾンの濃度を測定する上記オゾン濃度測定装置と、
前記オゾン濃度測定装置の前記第１被測定ガスと前記第２被測定ガスとのオゾンの濃度の測定結果に基づいて、前記オゾン発生器を制御する制御部とを備えた
ので、
オゾン使用設備の前後で簡易な構成でオゾン濃度が測定できるため、オゾンの使用量に応じてオゾン発生器のオゾン発生量が最適となるように制御できるオゾン発生システムを構築できる。
簡易な構成であらかじめ設定されたオゾン濃度の被測定ガス（オゾンガス）を発生可能なオゾン発生システムを構築できる。

なお、上記各実施の形態においては、光電センサ４の発光部２および受光部３の配列関係が、容器８の中心軸に対して平行に配列する例を示したが、これに限られることはなく、図１０に示すように、発光部２および受光部３の配列関係が、容器８の中心軸に対して垂直に配列してもよい。これにより光電センサ４を小型に構築可能となり、設置の柔軟性が向上する。

なお、演算部９および制御部２２は、ハードウエアの一例を図１１に示すように、プロセッサ２００と記憶装置３００から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを備える。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を備えてもよい。プロセッサ２００は、記憶装置３００から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ２００にプログラムが入力される。また、プロセッサ２００は、演算結果等のデータを記憶装置３００の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

本開示は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、この明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１信号処理部、１０可視光、１００オゾン濃度測定装置、１１Ａ接続管、１１Ｂ接続管、１２Ａファイバコネクタ、１２Ｂファイバコネクタ、１３曲管部、１３Ａ曲管部、１３Ｂ曲管部、１４計装部、１５計測部、１５Ａ計測部、１５Ｂ計測部、１５Ｃ計測部、２発光部、２０原料ガス源、２１オゾン発生器、２２制御部、２３原料ガス、２５オゾン配管、２５１オゾン配管、２５２オゾン配管、２６オゾン使用設備、３受光部、４光電センサ、４Ａ光電センサ、４Ｂ光電センサ、４Ｃ光電センサ、４０筐体、５投光用光ファイバ、５１光ファイバ、５１１連結部、５１２連結部、５２光ファイバ、６受光用光ファイバ、６１光ファイバ、６１１連結部、６１２連結部、６２光ファイバ、７被測定ガス、７Ａ第１被測定ガス、７Ｂ第２被測定ガス、８容器、８０直管部、９演算部。

Claims

容器の内部の被測定ガスのオゾンの濃度を測定するオゾン濃度測定装置において、
光を照射する発光部、前記光を受光する受光部、および前記発光部へ発光信号および前記受光部から受光信号の送受信を行う信号処理部が一体に形成された光電センサと、
前記光電センサに形成された前記発光部に接続され前記容器の内部に前記光を導入する投光用光ファイバと、
前記容器の内部を通過した前記光を前記光電センサに形成された前記受光部に導出する受光用光ファイバと、
前記光電センサに形成された前記信号処理部の前記受光信号に基づいて前記被測定ガスのオゾンの濃度を演算する演算部とを備え、
前記容器は、中空の管状部材にて形成され、
前記投光用光ファイバは、前記容器の一端側に設置され、
前記受光用光ファイバは、前記容器の他端側に設置され、
前記中空の管状部材は、金属、または、外周に反射膜を形成したガラスにより構成され、前記光は、前記中空の管状部材の壁面で反射されながら伝播するオゾン濃度測定装置。
前記容器は、直管部と曲管部とにて形成され、
前記投光用光ファイバは、前記容器の一端側に設置され、
前記受光用光ファイバは、前記容器の他端側に設置される請求項１に記載のオゾン濃度測定装置。
前記光電センサは、前記発光部が波長５００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の波長を発する発光ダイオードにより構成されるデジタルファイバセンサである請求項１に記載のオゾン濃度測定装置。
前記投光用光ファイバおよび前記受光用光ファイバは、それぞれ複数の光ファイバにて形成され、それぞれを連結する連結部を備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のオゾン濃度測定装置。
前記光電センサ内における前記発光部および前記受光部の配列関係が、前記容器の中心軸に対して平行に配列されるか、または、前記容器の中心軸に対して垂直に配列されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のオゾン濃度測定装置。
第１受口部、第２受口部、および第３受口部を有するＴ字状の接続管を、前記容器の一端側および他端側にそれぞれ設置し、
前記容器の前記一端側の前記接続管は、前記第１受口部に前記容器の前記一端側が接続され、前記第２受口部に前記投光用光ファイバが接続され、前記第３受口部が前記被測定ガスの導入部となり、
前記容器の前記他端側の前記接続管は、前記第１受口部に前記容器の前記他端側が接続され、前記第２受口部に前記受光用光ファイバが接続され、前記第３受口部が前記被測定ガスの導出部となる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のオゾン濃度測定装置。
前記光電センサを複数備え、
１つの前記光電センサ毎に、前記投光用光ファイバ、前記受光用光ファイバおよび前記容器をそれぞれ備え、
前記演算部は、各前記光電センサに接続された前記容器毎に前記被測定ガスのオゾンの濃度を演算する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のオゾン濃度測定装置。
オゾンを生成し外部に前記被測定ガスとして送出するオゾン発生器と、
前記オゾン発生器から送出され前記被測定ガスを前記容器内に導入し、前記被測定ガスのオゾンの濃度を測定する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のオゾン濃度測定装置と、
前記オゾン濃度測定装置の前記被測定ガスのオゾンの濃度の測定結果に基づいて、前記オゾン発生器を制御する制御部とを備えるオゾン発生システム。
オゾンを生成し外部に前記被測定ガスとしての第１被測定ガスを送出するオゾン発生器と、
前記オゾン発生器から前記第１被測定ガスを導入して当該オゾンを使用し、前記被測定ガスとしての第２被測定ガスを排出するオゾン使用設備と、
前記オゾン使用設備に導入される前記第１被測定ガスを前記容器内に導入し、前記第１被測定ガスのオゾンの濃度を測定するとともに、前記オゾン使用設備から排出される前記第２被測定ガスを前記容器と異なる前記容器内に導入し、前記第２被測定ガスのオゾンの濃度を測定する請求項８に記載のオゾン濃度測定装置と、
前記オゾン濃度測定装置の前記第１被測定ガスと前記第２被測定ガスとのオゾンの濃度の測定結果に基づいて、前記オゾン発生器を制御する制御部とを備えるオゾン発生システム。
容器の内部の被測定ガスのオゾンの濃度を測定するオゾン濃度測定方法において、
前記容器は、中空の管状部材にて形成され、
投光用光ファイバは、前記容器の一端側に設置され、
受光用光ファイバは、前記容器の他端側に設置され、
前記中空の管状部材は、金属、または、外周に反射膜を形成したガラスにより構成され、光は、前記中空の管状部材の壁面で反射されながら伝播するものであって、
前記光を照射する発光部、前記光を受光する受光部、および前記発光部へ発光信号および前記受光部から受光信号の送受信を行う信号処理部が一体に形成された光電センサを準備する光電センサ準備工程と、
前記光電センサに形成された前記発光部に接続され前記容器の内部に前記光を導入する前記投光用光ファイバを準備する投光用光ファイバ準備工程と、
前記容器の内部を通過した前記光を前記光電センサに形成された前記受光部に導出する前記受光用光ファイバを準備する受光用光ファイバ準備工程と、
前記光電センサに形成された前記信号処理部の前記受光信号に基づいて前記被測定ガスのオゾンの濃度を演算する演算工程とを備えたオゾン濃度測定方法。