JP7536623B2

JP7536623B2 - Anomaly detection device

Info

Publication number: JP7536623B2
Application number: JP2020200518A
Authority: JP
Inventors: 幸夫鷹箸; 亮太菅沼; 隆昭村田; 貴恵久保; 美智子橋本; 洋行深田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2024-08-20
Anticipated expiration: 2040-12-02
Also published as: JP2022088206A

Description

本発明の実施形態は、異常検出装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to an anomaly detection device.

従来から、オゾン発生器を構成する放電管が破損し、オゾン発生器が異常となった場合に、その異常を検出する技術がある。この技術では、例えば、オゾン発生器に印加する交流電圧の周波数を変換するインバータに入力する入力電力が規定値以下であり、かつ、当該インバータから出力される出力電流が規定値以上である場合に、オゾン発生器を異常と判定する。 Conventionally, there is a technology that detects abnormalities when the discharge tube that constitutes an ozone generator breaks and the ozone generator becomes abnormal. With this technology, for example, if the input power input to an inverter that converts the frequency of the AC voltage applied to the ozone generator is below a specified value and the output current output from the inverter is above a specified value, the ozone generator is determined to be abnormal.

特許第４０７１０１７号公報Patent No. 4071017 特開平８－１４６０７１号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-146071

しかしながら、上記の従来技術においては、入力電力を検出する入力電力検出部と出力電流を検出する出力電流検出部の両方が必要となり、オゾン発生器の異常を検出する装置の回路構成が複雑かつ高コストになるという問題がある。 However, the above-mentioned conventional technology requires both an input power detection unit that detects the input power and an output current detection unit that detects the output current, which results in a problem that the circuit configuration of the device for detecting anomalies in the ozone generator is complex and expensive.

そこで、本発明の実際形態の課題は、オゾン発生器を構成する放電管の破損を簡易な構成で正確に検出することができる異常検出装置を提供することである。 The objective of the present invention is to provide an abnormality detection device that can accurately detect damage to the discharge tubes that make up an ozone generator with a simple configuration.

実施形態の異常検出装置は、入力された交流電圧を予め設定された周波数の交流電圧に変換して出力するインバータと、前記インバータから出力された交流電圧を高電圧に昇圧するトランスと、放電管を内蔵し、前記トランスによって昇圧された交流電圧が前記放電管に印加されることでオゾンを生成するオゾン発生器と、を備えるオゾン発生装置に対して用いられる異常検出装置であって、前記トランスによって昇圧された高電圧の交流電圧を低電圧に変換する分圧回路と、前記分圧回路から出力された交流電圧をパルス信号に変換して出力する信号変換部と、前記信号変換部から出力された前記パルス信号のパルス幅の変化に基づいて前記オゾン発生器の異常を検出する異常検出部と、を備える。 An abnormality detection device according to an embodiment is used for an ozone generator including an inverter that converts an input AC voltage into an AC voltage of a preset frequency and outputs the AC voltage, a transformer that boosts the AC voltage output from the inverter to a high voltage, and an ozone generator that has a built-in discharge tube and generates ozone by applying the AC voltage boosted by the transformer to the discharge tube, and includes a voltage divider circuit that converts the high AC voltage boosted by the transformer into a low voltage, a signal conversion unit that converts the AC voltage output from the voltage divider circuit into a pulse signal and outputs it, and an abnormality detection unit that detects an abnormality in the ozone generator based on a change in the pulse width of the pulse signal output from the signal conversion unit.

図１は、本実施形態にかかるオゾン発生装置の概略構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an ozone generator according to this embodiment. 図２は、本実施形態にかかる異常検出装置等の機能構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the abnormality detection device and the like according to the present embodiment. 図３は、本実施形態にかかる異常検出装置が有する信号変換回路の機能構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the functional configuration of a signal conversion circuit included in the abnormality detection device according to the present embodiment. 図４は、本実施形態にかかる異常検出装置が有する信号変換回路による信号変換の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of signal conversion by a signal conversion circuit included in the abnormality detection device according to this embodiment. 図５は、本実施形態にかかる異常検出装置が有する信号変換回路による信号変換の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of signal conversion by a signal conversion circuit included in the abnormality detection device according to this embodiment. 図６は、本実施形態にかかる異常検出装置が有するＰＬＣの機能構成の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the functional configuration of a PLC included in the abnormality detection device according to the present embodiment. 図７は、本実施形態にかかる異常検出装置が有するＰＬＣにおけるパルス幅の測定結果の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a measurement result of a pulse width in a PLC included in the abnormality detection device according to the present embodiment. 図８は、本実施形態にかかる異常検出装置が有するＰＬＣにおけるパルス幅比の測定結果の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of a measurement result of a pulse width ratio in a PLC included in the abnormality detection device according to the present embodiment. 図９は、図７と同様、異常検出装置が有するＰＬＣにおけるパルス幅の測定結果の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of a measurement result of a pulse width in a PLC included in the abnormality detection device, similar to FIG. 図１０は、図８と同様、異常検出装置が有するＰＬＣにおけるパルス幅比の測定結果の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the measurement result of the pulse width ratio in the PLC of the abnormality detection device, similar to FIG. 図１１は、本実施形態にかかる異常検出装置が有するＰＬＣにおける加重移動平均の算出方法を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a method of calculating a weighted moving average in the PLC of the abnormality detection device according to this embodiment. 図１２は、本実施形態にかかる異常検出装置が有するＰＬＣが算出したパルス幅比の一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an example of a pulse width ratio calculated by the PLC included in the abnormality detection device according to the present embodiment. 図１３は、本実施形態にかかるオゾン発生器の異常時の電圧波形と異常判定を説明する図である。FIG. 13 is a diagram for explaining a voltage waveform when an abnormality occurs in the ozone generator according to this embodiment and an abnormality determination. 図１４は、本実施形態にかかるＰＬＣによる処理を示すフローチャートである。FIG. 14 is a flowchart showing the process performed by the PLC according to the present embodiment.

以下、添付の図面を用いて、本発明の実施形態にかかるオゾン発生装置および異常検出装置の一例について説明する。 Below, an example of an ozone generator and an abnormality detection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

まず、図１、図２を参照して、本実施形態にかかるオゾン発生装置Ａと異常検出装置６の概略構成の一例について説明する。図１は、本実施形態にかかるオゾン発生装置Ａの概略構成の一例を示す図である。図２は、本実施形態にかかる異常検出装置６等の機能構成の一例を示す図である。 First, an example of the schematic configuration of the ozone generator A and the abnormality detection device 6 according to this embodiment will be described with reference to Figures 1 and 2. Figure 1 is a diagram showing an example of the schematic configuration of the ozone generator A according to this embodiment. Figure 2 is a diagram showing an example of the functional configuration of the abnormality detection device 6 and the like according to this embodiment.

オゾン発生装置Ａは、単管のオゾン発生装置の一例である。オゾン発生装置Ａは、オゾン発生器１と、高電圧電源２と、電源装置３と、ヒューズ４と、高圧給電子５と、を備える。オゾン発生器１は、放電管１０を内蔵し、トランス３２によって昇圧されリアクトル３３を通過した交流電圧が放電管１０の電極１１に印加されることでオゾンを生成する。具体的には、オゾン発生器１は、放電管１０と、放電管１０に取付けられた電極１１と、金属電極１２と、スペーサ１３と、放電ギャップ１４と、を備える。 Ozone generator A is an example of a single-tube ozone generator. Ozone generator A includes an ozone generator 1, a high-voltage power supply 2, a power supply device 3, a fuse 4, and a high-voltage power supply 5. Ozone generator 1 includes a discharge tube 10, and generates ozone by applying an AC voltage boosted by a transformer 32 and passed through a reactor 33 to an electrode 11 of the discharge tube 10. Specifically, ozone generator 1 includes a discharge tube 10, an electrode 11 attached to the discharge tube 10, a metal electrode 12, a spacer 13, and a discharge gap 14.

高電圧電源２は、商用電源から交流電圧を入力し、電源装置３に高電圧の交流電圧を印加する。電源装置３は、インバータ３１と、トランス３２と、リアクトル３３と、を備える。インバータ３１は、高電圧電源２から入力した交流電圧を予め設定された周波数（所定周波数）の交流電圧に変換して出力する。 The high-voltage power supply 2 inputs an AC voltage from a commercial power supply and applies a high AC voltage to the power supply device 3. The power supply device 3 includes an inverter 31, a transformer 32, and a reactor 33. The inverter 31 converts the AC voltage input from the high-voltage power supply 2 into an AC voltage of a preset frequency (predetermined frequency) and outputs it.

トランス３２は、インバータ３１から出力された交流電圧を高電圧に昇圧する。リアクトル３３は、オゾン発生器１とトランス３２との間に接続される。そして、リアクトル３３は、トランス３２で出力された交流電圧をさらに昇圧したり、インバータ３１のスイッチング動作で生じる高周波のノイズを抑制したり、オゾン発生器１の異常放電、例えば、オゾン発生器１に内蔵された放電管１０の破損で生じる直径１ｍｍ程度のピンホールで発生するアーク放電によって、トランス３２に印加される交流電圧に生じる高周波成分を抑制したりする。 The transformer 32 boosts the AC voltage output from the inverter 31 to a high voltage. The reactor 33 is connected between the ozone generator 1 and the transformer 32. The reactor 33 further boosts the AC voltage output from the transformer 32, suppresses high-frequency noise generated by the switching operation of the inverter 31, and suppresses high-frequency components that occur in the AC voltage applied to the transformer 32 due to abnormal discharge in the ozone generator 1, for example, arc discharge generated in a pinhole with a diameter of about 1 mm caused by damage to the discharge tube 10 built into the ozone generator 1.

このようにして、電源装置３は、ヒューズ４および高圧給電子５を介して、放電管１０の電極１１に交流電圧Ｖｏｐを印加する。そうすると、電極１１と金属電極１２の間の放
電ギャップ１４に流入される原料ガス中で放電が起き、当該放電によりオゾンが発生する。電源装置３は、例えば、６００Ｈｚ未満の周波数の交流電圧を、電極１１に印加する。 In this way, the power supply device 3 applies an AC voltage Vop to the electrode 11 of the discharge tube 10 via the fuse 4 and the high-voltage power supply 5. Then, a discharge occurs in the source gas flowing into the discharge gap 14 between the electrode 11 and the metal electrode 12, and ozone is generated by the discharge. The power supply device 3 applies an AC voltage with a frequency of less than 600 Hz, for example, to the electrode 11.

放電ギャップ１４において発生する放電は、いわゆる誘電体バリア放電であり、単に、バリア放電と呼ばれたり、無声放電と呼ばれたりする。また、原料ガスは、酸素や、酸素と窒素の混合ガス、空気等である。また、放電ギャップ１４に流入される原料ガスのガス圧は、例えば、０．１７～０．２８ＭＰａの絶対圧である。 The discharge that occurs in the discharge gap 14 is a so-called dielectric barrier discharge, and is also simply called a barrier discharge or a silent discharge. The raw material gas is oxygen, a mixed gas of oxygen and nitrogen, air, etc. The gas pressure of the raw material gas flowing into the discharge gap 14 is, for example, an absolute pressure of 0.17 to 0.28 MPa.

放電管１０は、例えば、ガラスやセラミックの誘電体で円筒状に形成され一端は開放し、もう一端はＵの字の形状で、その内面に導電性の金属（例えば、ステンレス）を蒸着させた電極１１を有する。 The discharge tube 10 is formed into a cylindrical shape from a dielectric material such as glass or ceramic, with one end open and the other end U-shaped, and has an electrode 11 with a conductive metal (e.g., stainless steel) vapor-deposited on its inner surface.

本実施形態では、上述した放電管１０の内面に蒸着された電極１１は、円筒状の電極で誘電体の放電管１０、放電ギャップ１４を介して、金属電極１２が設けられている。また、電極１１の導電性電極は、高圧給電子５と接続される。 In this embodiment, the electrode 11 deposited on the inner surface of the discharge tube 10 is a cylindrical electrode, and a metal electrode 12 is provided through the dielectric discharge tube 10 and the discharge gap 14. The conductive electrode of the electrode 11 is connected to the high-voltage power supply 5.

金属電極１２は、例えば、ステンレス鋼製等の円筒状の電極である。具体的には、金属電極１２は、電極１１と同軸の円筒状の電極であり、電極１１の外周面側に、放電ギャップ１４を介して設けられる。 The metal electrode 12 is a cylindrical electrode made of, for example, stainless steel. Specifically, the metal electrode 12 is a cylindrical electrode coaxial with the electrode 11, and is provided on the outer peripheral surface side of the electrode 11 via a discharge gap 14.

また、金属電極１２は、電極１１との間に放電ギャップ１４を形成するための複数のスペーサ１３を有する。スペーサ１３は、例えば、０．３～１．３ｍｍ程度の放電ギャップ１４を形成する突起である。 The metal electrode 12 also has a number of spacers 13 for forming a discharge gap 14 between it and the electrode 11. The spacers 13 are protrusions that form a discharge gap 14 of, for example, about 0.3 to 1.3 mm.

また、オゾン発生装置Ａでは、金属電極１２の電極１１が設けられる側とは反対側に、冷却水が供給される。これによって、放電ギャップ１４における誘電体バリア放電により発生する熱が冷却水により冷却されるので、放電ギャップ１４内の原料ガスの温度上昇を抑制し、高濃度かつ高収率のオゾンを得ることができる。オゾン発生装置Ａにより生成されるオゾンは、例えば、処理すべき水の脱臭や、脱色、殺菌等の水処理に用いられる。 In addition, in the ozone generator A, cooling water is supplied to the side of the metal electrode 12 opposite to the side where the electrode 11 is provided. This allows the heat generated by the dielectric barrier discharge in the discharge gap 14 to be cooled by the cooling water, suppressing the temperature rise of the raw material gas in the discharge gap 14 and allowing ozone to be obtained at a high concentration and with a high yield. The ozone generated by the ozone generator A is used for water treatment, such as deodorizing, decolorizing, and sterilizing the water to be treated.

異常検出装置６は、信号変換回路６１と、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）６２と、を備える。信号変換回路６１は、オゾン発生器１に印加される交流電圧Ｖｏｐの波形をパルス信号に変換する回路である。ＰＬＣ６２（異常検出部）は、信号変換回路６１から出力されたパルス信号のパルス幅の変化を認識し、その変化に基づいてオゾン発生器１の異常を検出し、異常を検出した場合に、インバータ３１を制御して、オゾン発生器１への電源の供給を遮断する。 The abnormality detection device 6 includes a signal conversion circuit 61 and a PLC (Programmable Logic Controller) 62. The signal conversion circuit 61 is a circuit that converts the waveform of the AC voltage Vop applied to the ozone generator 1 into a pulse signal. The PLC 62 (abnormality detection unit) recognizes changes in the pulse width of the pulse signal output from the signal conversion circuit 61, detects an abnormality in the ozone generator 1 based on the changes, and controls the inverter 31 to cut off the supply of power to the ozone generator 1 when an abnormality is detected.

また、ＰＬＣ６２は、例えば３つ以上の連続するパルス信号について、前回までの複数のパルス信号のパルス幅を用いた統計処理によってパルス幅の正常範囲の情報を生成し、最新のパルス信号のパルス幅が正常範囲に入っていない場合に、オゾン発生器１に異常があると判定する。また、ＰＬＣ６２は、前回までの複数のパルス信号のパルス幅を用いた統計処理によって、前回までの複数のパルス信号のパルス幅の加重移動平均に１未満の所定の第１の係数を掛けた値を下限とし、加重移動平均に１超の所定の第２の係数を掛けた値を上限として、正常範囲の情報を生成する。以下、詳述する。 The PLC 62 also generates information on the normal range of pulse widths for, for example, three or more consecutive pulse signals by statistical processing using the pulse widths of the previous multiple pulse signals, and determines that there is an abnormality in the ozone generator 1 if the pulse width of the latest pulse signal is not within the normal range. The PLC 62 also generates information on the normal range by statistical processing using the pulse widths of the previous multiple pulse signals, with a lower limit being a value obtained by multiplying a weighted moving average of the pulse widths of the previous multiple pulse signals by a predetermined first coefficient less than 1, and an upper limit being a value obtained by multiplying the weighted moving average by a predetermined second coefficient greater than 1. This will be described in detail below.

図３は、本実施形態にかかる異常検出装置６が有する信号変換回路６１の機能構成の一例を示す図である。図３に示すように、信号変換回路６１は、分圧回路６１１と、ローパスフィルタ６１２と、アンプ６１３と、コンパレータ６１４（信号変換部）と、を備える。 Figure 3 is a diagram showing an example of the functional configuration of the signal conversion circuit 61 of the abnormality detection device 6 according to this embodiment. As shown in Figure 3, the signal conversion circuit 61 includes a voltage divider circuit 611, a low-pass filter 612, an amplifier 613, and a comparator 614 (signal conversion unit).

分圧回路６１１は、トランス３２によって高電圧に昇圧されリアクトル３３を介して入力した交流電圧を低電圧に変換する。具体的には、分圧回路６１１は、オゾン発生器１に印加される１０ｋＶ程度の高電圧の交流電圧Ｖｏｐを、ローパスフィルタ６１２、アンプ６１３、コンパレータ６１４などの電子回路で信号処理できる５Ｖ程度の電圧レベルに変換する分圧回路である。 The voltage divider circuit 611 converts the AC voltage boosted to a high voltage by the transformer 32 and input via the reactor 33 into a low voltage. Specifically, the voltage divider circuit 611 is a voltage divider circuit that converts the high AC voltage Vop of about 10 kV applied to the ozone generator 1 into a voltage level of about 5 V that can be processed by electronic circuits such as a low-pass filter 612, an amplifier 613, and a comparator 614.

ローパスフィルタ６１２は、分圧回路６１１からの出力電圧Ｖｂに含まれる高周波成分のノイズを減衰させ、後述するコンパレータ６１４における高周波ノイズによるチャタリングの誤動作を防止する。 The low-pass filter 612 attenuates high-frequency noise components contained in the output voltage Vb from the voltage divider circuit 611, and prevents malfunction of the comparator 614 (described later) due to chattering caused by high-frequency noise.

アンプ６１３は、ローパスフィルタ６１２を通過した交流信号（交流電圧）を、所定の増幅度で増幅し、交流信号Ｖｏを出力する。 The amplifier 613 amplifies the AC signal (AC voltage) that has passed through the low-pass filter 612 by a predetermined amplification factor and outputs the AC signal Vo.

コンパレータ６１４は、ローパスフィルタを通過した交流信号をパルス信号に変換して出力する。具体的には、次の通りである。コンパレータ６１４は、入力した交流信号Ｖｏの電圧レベルと、コンパレータ６１４の比較電圧と比較して、その大小関係で出力レベルを切り替える動作をする。なお、コンパレータ６１４として、例えば、ヒステリシス特性を持つコンパレータ、例えばヒステリシスコンパレータを用いる。ヒステリシスコンパレータを用いることで、入力した交流信号Ｖｏの立上り時と立下り時の比較電圧を夫々に設定できるので、交流信号Ｖｏに重畳するノイズによる立上りや立下りで発生するチャタリングの誤動作を防止することができる。 The comparator 614 converts the AC signal that has passed through the low-pass filter into a pulse signal and outputs it. Specifically, it operates as follows. The comparator 614 compares the voltage level of the input AC signal Vo with the comparison voltage of the comparator 614, and switches the output level depending on which is larger. Note that, for example, a comparator with hysteresis characteristics, such as a hysteresis comparator, is used as the comparator 614. By using a hysteresis comparator, the comparison voltages can be set separately for the rising and falling edges of the input AC signal Vo, so that chattering malfunctions caused by noise superimposed on the AC signal Vo can be prevented.

コンパレータ６１４の動作とオゾン発生器１の正常時および異常時の動作について、図４、図５を用いて説明する。図４、図５は、本実施形態にかかる異常検出装置６が有する信号変換回路６１による信号変換の一例を示す図である。 The operation of the comparator 614 and the operation of the ozone generator 1 in normal and abnormal conditions will be described with reference to Figures 4 and 5. Figures 4 and 5 are diagrams showing an example of signal conversion by the signal conversion circuit 61 of the abnormality detection device 6 according to this embodiment.

図４（ａ）の波形Ｗ１は、オゾン発生器１が正常動作時にコンパレータ６１４に入力するアンプ６１３が出力する交流信号Ｖｏである。コンパレータ６１４は、交流信号Ｖｏとコンパレータ６１４に設定された比較電圧ＶｔｈＨとＶｔｈＬと比較して、出力レベルを切り替える。図４（ａ）において、交流信号Ｖｏの信号レベルが比較電圧ＶｔｈＨ以上になった場合にコンパレータ６１４の出力信号Ｖｃｏｍｐ（図４（ｂ））をＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替え、交流信号Ｖｏの信号レベルが比較電圧ＶｔｈＬ以下になったら出力信号ＶｃｏｍｐをＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに切り替える。 Waveform W1 in FIG. 4(a) is the AC signal Vo output by amplifier 613 that is input to comparator 614 when ozone generator 1 is operating normally. Comparator 614 compares AC signal Vo with comparison voltages VthH and VthL set in comparator 614 and switches the output level. In FIG. 4(a), when the signal level of AC signal Vo becomes equal to or higher than comparison voltage VthH, output signal Vcomp (FIG. 4(b)) of comparator 614 is switched from low level to high level, and when the signal level of AC signal Vo becomes equal to or lower than comparison voltage VthL, output signal Vcomp is switched from high level to low level.

比較電圧ＶｔｈＨとＶｔｈＬの電圧レベル差を、アンプ６１３が出力する交流信号Ｖｏに重畳するノイズの波高値以上に設定することで、ノイズによるチャタリングの誤動作を防止することができる。 By setting the voltage level difference between the comparison voltages VthH and VthL to be equal to or greater than the peak value of the noise superimposed on the AC signal Vo output by the amplifier 613, it is possible to prevent malfunctions due to chattering caused by noise.

上述の例では、オゾン発生器１の正常動作時のため、図４（ａ）のアンプ６１３が出力する交流信号Ｖｏの波形に歪がないため、図４（ｂ）のパルス信号のパルス幅（パルスがＨｉｇｈレベルの時間長：ｔ１１～ｔ１２、ｔ１３～ｔ１４、ｔ１５～ｔ１６、ｔ１７～ｔ１８、ｔ１９～ｔ２０）はほぼ一定となる。 In the above example, when the ozone generator 1 is operating normally, there is no distortion in the waveform of the AC signal Vo output by the amplifier 613 in FIG. 4(a), so the pulse widths of the pulse signal in FIG. 4(b) (time lengths during which the pulse is at a high level: t11-t12, t13-t14, t15-t16, t17-t18, t19-t20) are almost constant.

次に、図５（ａ）の波形Ｗ２は、オゾン発生器１に内蔵する放電管１０に生じた微小孔でアーク放電が発生した際の実測定の交流信号Ｖｏである。アーク放電の発生時に一時的に電圧レベルが０Ｖ付近に低下し、その後、上昇する現象が発生している。上述の図４（ａ）と同一の比較電圧ＶｔｈＨとＶｔｈＬと比較した場合の出力信号Ｖｃｏｍｐを図５（ｂ）に示す。アーク放電で一時的に０Ｖに低下し、その後の上昇するタイミングでパルスの立下りと立上りが発生するために、図４（ｂ）の正常動作時と異なり、パルス幅（ｔ２１～ｔ２２、ｔ２３～ｔ２４、ｔ２５～ｔ２６、ｔ２７～ｔ２８、ｔ２９～ｔ３０、ｔ３
１～ｔ３２）が不均一となる。 Next, the waveform W2 in Fig. 5(a) is an AC signal Vo actually measured when an arc discharge occurs at a minute hole generated in the discharge tube 10 built in the ozone generator 1. When an arc discharge occurs, the voltage level temporarily drops to near 0 V, and then rises. Fig. 5(b) shows the output signal Vcomp when compared with the same comparison voltages VthH and VthL as in Fig. 4(a) above. The arc discharge temporarily drops to 0 V, and the rising and falling edges of the pulse occur at the timing of the subsequent rise, so that the pulse widths (t21 to t22, t23 to t24, t25 to t26, t27 to t28, t29 to t30, t31 to t32, t33 to t34, t35 to t36, t37 to t38, t39 to t40, t41 to t42, t43 to t44, t45 to t46, t47 to t48, t49 to t49, t50 to t51, t52 to t53, t54 to t55, t56 to t57, t58 to t59, t60 to t61, t62 to t63, t63 to t64, t64 to t65, t65 to t66, t66 to t67, t67 to t68, t68 to t69, t70 to t71, t72 to t73, t74 to t75, t76 to t76, t78 to t79, t80 to t81, t82 to t82, t83 to t84, t84 to t8
1 to t32) becomes non-uniform.

次に、オゾン発生器１の異常動作の検出について説明する。図６は、本実施形態にかかる異常検出装置６が有するＰＬＣ６２の機能構成の一例を示す図である。ＰＬＣ６２は、パルス幅検出器６２１、パルス幅測定器６２２、比較器６２３、比較パルス幅計算器６２４を備える。 Next, detection of abnormal operation of the ozone generator 1 will be described. FIG. 6 is a diagram showing an example of the functional configuration of the PLC 62 of the abnormality detection device 6 according to this embodiment. The PLC 62 includes a pulse width detector 621, a pulse width meter 622, a comparator 623, and a comparison pulse width calculator 624.

パルス幅検出器６２１は、信号変換回路６１からの出力信号Ｖｃｏｍｐのパルス信号のそれぞれの立上りと立下りを検出する機能を有する。 The pulse width detector 621 has the function of detecting the rising and falling edges of each pulse signal of the output signal Vcomp from the signal conversion circuit 61.

パルス幅測定器６２２は、パルス幅検出器６２１によって検出した立上り時刻と、立下り時刻の差分から各パルス幅の時間を算出する。実際にパルス幅の測定をしたときの結果を図７、図９に示す。 The pulse width measuring device 622 calculates the time of each pulse width from the difference between the rise time and fall time detected by the pulse width detector 621. The results of actual pulse width measurements are shown in Figures 7 and 9.

図７、図９は、本実施形態にかかる異常検出装置６が有するＰＬＣ６２におけるパルス幅の測定結果の一例を示す図である。図７はオゾン発生器１へ一定量の電力を供給する定常運転の場合で、図９はオゾン発生器１への電力を過度的に供給する運転開始時の場合である。 Figures 7 and 9 are diagrams showing an example of the measurement results of the pulse width in the PLC 62 of the abnormality detection device 6 according to this embodiment. Figure 7 shows the case of steady operation in which a constant amount of power is supplied to the ozone generator 1, and Figure 9 shows the case of the start of operation in which an excessive amount of power is supplied to the ozone generator 1.

比較パルス幅計算器６２４は、最新のパルス幅と比較するために、前回までの各パルス幅の時間を用いて、比較する時間を計算する機能を有する。比較する時間の算出方法の一例に加重移動平均がある。図１１は、本実施形態にかかる異常検出装置６が有するＰＬＣ６２における加重移動平均の算出方法を示す図である。図１１に示すように、最新のパルス幅の時間をｔ_０とし、一個前のパルス幅の時間をｔ_１とし、・・・、ｎ個前のパルス幅の時間をｔ_ｎとする。ｎは１以上の整数とする。ｎ個のパルス幅の時間の加重移動平均したパルス幅の時間ｔ＾は、以下の式（１）で表される。 The comparison pulse width calculator 624 has a function of calculating a comparison time using the time of each pulse width up to the previous time in order to compare with the latest pulse width. One example of a method for calculating the comparison time is weighted moving average. FIG. 11 is a diagram showing a method for calculating a weighted moving average in the PLC 62 of the abnormality detection device 6 according to this embodiment. As shown in FIG. 11, the time of the latest pulse width is _t0 , the time of the pulse width one pulse before is _t1 , ..., the time of the pulse width n pulses before is _tn , where n is an integer equal to or greater than 1. The time t^ of the pulse width calculated by taking the weighted moving average of the times of n pulse widths is expressed by the following formula (1).

ただし、ｍ_ｋはｋ個前のパルス幅の時間ｔ_ｋに対する重みづけ係数を表す。すべてのｍ_ｋが同じ値のとき、つまり、ｍ_ｋ＝１／ｎのときは、ｔ＾は重みづけのない移動平均を表す。 Here, m _k represents a weighting coefficient for the time t _k of the kth preceding pulse width. When all m _k have the same value, that is, when m _k =1/n, t^ represents an unweighted moving average.

最新のパルス幅の時間ｔ_０と、加重移動平均したｎ個のパルス幅の時間ｔ＾で比を取り、パルス検出ごとにｙ＝ｔ_０／ｔ＾を計算してパルス幅比ｙを算出する。このときのグラフが図８と図１０である。 The ratio between the latest pulse width time _t0 and the weighted moving average of n pulse widths t^ is calculated, and the pulse width ratio y is calculated by calculating y= _t0 /t^ for each pulse detection. The graphs of this are shown in Figures 8 and 10.

図８、図１０は、本実施形態にかかる異常検出装置６が有するＰＬＣ６２におけるパルス幅比の測定結果の一例を示す図である。 Figures 8 and 10 are diagrams showing an example of the measurement results of the pulse width ratio in the PLC 62 of the abnormality detection device 6 in this embodiment.

図８は図７に対応し、オゾン発生器１へ一定量の電力を供給する定常運転の場合で計算した。また、図１０は図９に対応し、オゾン発生器１への電力を過渡的に供給する場合で計算した。オゾン発生器１へ一定量の電力を供給する図８の場合は、比をとった値が平均１で、ある分散で広がりをもつ。一方で、オゾン発生器１への電力を過渡的に供給する図１０の場合は、パルス幅を測定し始めた直後に変化量が大きく、徐々にオゾン発生器１へ一定量の電力を供給する場合と同様の状態に近づいている。以上のことから、オゾン発生器１が正常であるか否かを判定する場合に、オゾン発生器１への電力を過渡的に供給する場合で正常と判定したときは、すべての時刻において正常と判定したものとみなすことができる。 Figure 8 corresponds to Figure 7, and calculations were performed in the case of steady operation in which a constant amount of power is supplied to the ozone generator 1. Figure 10 corresponds to Figure 9, and calculations were performed in the case of transiently supplying power to the ozone generator 1. In the case of Figure 8, in which a constant amount of power is supplied to the ozone generator 1, the ratio has an average value of 1 and spreads with a certain variance. On the other hand, in the case of Figure 10, in which power is transiently supplied to the ozone generator 1, the amount of change is large immediately after starting to measure the pulse width, and gradually approaches a state similar to that in the case of supplying a constant amount of power to the ozone generator 1. From the above, when judging whether the ozone generator 1 is normal or not, if it is judged to be normal in the case of transiently supplying power to the ozone generator 1, it can be considered that it has been judged to be normal at all times.

図１２は、本実施形態にかかる異常検出装置６が有するＰＬＣ６２が算出したパルス幅比の一例を示す図である。最新のパルス幅の時間ｔ_０と、移動平均した３個のパルス幅の時間ｔ＾で比を取ったとき、パルス幅変化の過渡的な段階で、最大のｙ（＝ｔ_０／ｔ＾）が１つ存在する。８回試験を行ったときの最大のｙを求めたものを図１２に示す。平均μが約０．８８４で、標準偏差σが約０．０２７２で、値が分散した。最大のｙが３σに収まるには、以下の式（２）を満たせばよい。
μ‐３σ＜（ｔ_０／ｔ＾）＜μ＋３σ ・・・式（２） Fig. 12 is a diagram showing an example of a pulse width ratio calculated by the PLC 62 of the abnormality detection device 6 according to this embodiment. When the ratio is taken between the time _t0 of the latest pulse width and the time t^ of three pulse widths obtained by moving average, there is one maximum y (= _t0 /t^) in the transitional stage of the pulse width change. Fig. 12 shows the maximum y obtained when eight tests were performed. The average μ was about 0.884, and the standard deviation σ was about 0.0272, with the values being dispersed. In order for the maximum y to fall within 3σ, it is sufficient to satisfy the following formula (2).
μ-3σ<(t ₀ /t^)<μ+3σ...Formula (2)

また、パルス幅が減少する場合（例えば、オゾン発生器１が電圧印加状態から停止するとき）も同様に考慮すると、式（３）となる。
μ‐３σ＜（ｔ_０／ｔ＾）＜１＋｛１‐（μ‐３σ）｝・・・式（３） Similarly, when the pulse width is decreased (for example, when the ozone generator 1 stops applying voltage), the formula (3) is obtained.
μ-3σ<(t ₀ /t^)<1+{1-(μ-3σ)} ...Formula (3)

また、式（３）に図１２の値を代入すると、以下の式（４）となる（「約」は省略）。
０．８０２＜（ｔ_０／ｔ＾）＜１．２０・・・式（４） Moreover, substituting the values in FIG. 12 into formula (3) gives the following formula (4) (the word "approximately" is omitted).
0.802<(t ₀ /t^)<1.20...Formula (4)

以上から、次のような処理を行う。まず、比較パルス幅計算器６２４は、ｔ＾を計算する。そして、比較器６２３は、以下の式（５）（パルス幅の正常範囲）を満たすか否かを判定する。
０．８０２（第１の係数の例）×ｔ＾＜ｔ_０＜１．２０（第２の係数の例）×ｔ＾
・・・式（５） From the above, the following process is performed: First, the comparison pulse width calculator 624 calculates t^. Then, the comparator 623 judges whether the following formula (5) (normal range of pulse width) is satisfied.
0.802 (example of first coefficient) x t^<t ₀ <1.20 (example of second coefficient) x t^
...Equation (5)

つまり、比較器６２３は、パルス幅測定器６２２から出力されたパルス幅の時間ｔ_０と、比較パルス幅計算器６２４で算出したｔ＾を用いて、式（５）を満たすか否かを判定し、満たすときは正常と判定し、満たさないときは異常と判定する。この方法では、加重移動平均に係数をかけてｔ_０と比較するだけなので、計算負荷を軽減し、高速な動作を可能とする。 In other words, the comparator 623 judges whether or not the formula (5) is satisfied using the time _t0 of the pulse width output from the pulse width measurement device 622 and t^ calculated by the comparison pulse width calculator 624, and judges it to be normal if it is satisfied, and judges it to be abnormal if it is not satisfied. This method reduces the calculation load and enables high-speed operation because it only involves multiplying the weighted moving average by a coefficient and comparing it with _t0 .

オゾン発生器１の異常時の電圧波形を図１３に示す。図１３は、本実施形態にかかるオゾン発生器１の異常時の電圧波形と異常判定を説明する図である。オゾン発生器１への印加電圧を図１３（ａ）に示し、ＰＬＣ６２に入力する信号変換回路６１からの出力信号を図１３（ｂ）に示す。時間がマイナスの領域ではオゾン発生器１は正常に動作している。時間０以降でオゾン発生器１に異常が発生している。 Figure 13 shows the voltage waveform when an abnormality occurs in the ozone generator 1. Figure 13 is a diagram for explaining the voltage waveform when an abnormality occurs in the ozone generator 1 according to this embodiment and the abnormality determination. Figure 13(a) shows the voltage applied to the ozone generator 1, and Figure 13(b) shows the output signal from the signal conversion circuit 61 input to the PLC 62. In the negative time region, the ozone generator 1 is operating normally. An abnormality occurs in the ozone generator 1 after time 0.

比較パルス幅計算器６２４は、３サンプルの移動平均でｔ＾を計算する。その場合、パルス幅（１）～（８）について、過去に３サンプルのデータが蓄積されている時点のパルス幅（４）から比較器６２３で比較可能である。図１３（ｃ）の表では、Ｎｏ．がパルス幅の番号（１）～（８）と対応する。 The comparison pulse width calculator 624 calculates t^ using a moving average of three samples. In this case, the pulse widths (1) to (8) can be compared by the comparator 623 starting from the pulse width (4) at the point where three samples of data have been accumulated in the past. In the table in FIG. 13(c), No. corresponds to the pulse width numbers (1) to (8).

ここで、図１４も併せて参照する。図１４は、本実施形態にかかるＰＬＣ６２による処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１において、パルス幅測定器６２２は、各パルス信号のパルス幅を測定する。 Here, reference is also made to FIG. 14. FIG. 14 is a flowchart showing the processing by the PLC 62 according to this embodiment. First, in step S1, the pulse width measuring device 622 measures the pulse width of each pulse signal.

次に、ステップＳ２において、比較パルス幅計算器６２４は、上述の方法で、１つ前までのパルス信号について、パルス幅の移動平均ｔ＾を算出する。 Next, in step S2, the comparison pulse width calculator 624 calculates the moving average t^ of the pulse widths for the previous pulse signals using the method described above.

次に、ステップＳ３において、比較器６２３は、パルス幅の時間ｔ_０と、ｔ＾を用いて、式（５）を満たすか否かを判定し、Ｙｅｓの場合は処理を終了し、Ｎｏの場合はステップＳ４に進む。図１３の場合、パルス幅（４）～（６）では式（５）を満たし（つまり、正常と判定）、パルス幅（７）では式（５）を満たさない（つまり、異常と判定）。 Next, in step S3, the comparator 623 uses the time _t0 of the pulse width and t^ to determine whether or not the formula (5) is satisfied, and if Yes, the process ends, and if No, the process proceeds to step S4. In the case of Fig. 13, the pulse widths (4) to (6) satisfy the formula (5) (i.e., they are determined to be normal), but the pulse width (7) does not satisfy the formula (5) (i.e., they are determined to be abnormal).

ステップＳ４において、比較器６２３は、インバータ３１に停止信号を送信し、インバータ３１はオゾン発生器１への電力供給を遮断する。 In step S4, the comparator 623 sends a stop signal to the inverter 31, and the inverter 31 cuts off the power supply to the ozone generator 1.

このように、本実施形態にかかる異常検出装置６によれば、オゾン発生器１を構成する放電管１０の破損を簡易な構成で正確に検出することができる。つまり、インバータ３１に入力する入力電力を検出する入力電力検出部や、インバータ３１から出力される出力電流を検出する出力電流検出部が無くても、オゾン発生器１の異常を検出することができ、オゾン発生器１の異常を検出する装置の回路構成が複雑かつ高コストになることを防止できる。 In this way, the abnormality detection device 6 according to this embodiment can accurately detect damage to the discharge tube 10 that constitutes the ozone generator 1 with a simple configuration. In other words, even without an input power detection unit that detects the input power input to the inverter 31 or an output current detection unit that detects the output current output from the inverter 31, an abnormality in the ozone generator 1 can be detected, and the circuit configuration of the device that detects abnormalities in the ozone generator 1 can be prevented from becoming complicated and expensive.

また、上述のように、ＰＬＣ６２によって、式（５）に示すようなパルス幅の正常範囲の情報を生成し、最新のパルス信号のパルス幅と正常範囲を比較することで、処理が簡潔になる。 As described above, the PLC 62 generates information on the normal range of the pulse width as shown in equation (5) and compares the pulse width of the latest pulse signal with the normal range, simplifying the processing.

また、例えば、オゾン発生器１が小型の場合、異常発生時にアーク放電が起きても過電流(アーク電流)が小さいためヒューズ４が切れない場合がある。そういった場合には特に有効である。 In addition, for example, if the ozone generator 1 is small, even if an arc discharge occurs during an abnormality, the overcurrent (arc current) may be small and the fuse 4 may not blow. This is particularly effective in such cases.

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although an embodiment of the present invention has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. This new embodiment can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. This embodiment falls within the scope and gist of the invention, and is included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

例えば、上述の実施形態では、パルス信号のパルス幅をパルスがＨｉｇｈレベルの時間長としたが、これに限定されず、例えば、パルス信号のパルス幅をパルスがＬｏｗレベルの時間長としてもよい。 For example, in the above embodiment, the pulse width of the pulse signal is the time length during which the pulse is at a high level, but this is not limited thereto, and for example, the pulse width of the pulse signal may be the time length during which the pulse is at a low level.

１…オゾン発生器、２…高電圧電源、３…電源装置、４…ヒューズ、５…高圧給電子、６…異常検出装置、１０…放電管、１１…電極、１２…金属電極、１３…スペーサ、１４…放電ギャップ、３１…インバータ、３２…トランス、３３…リアクトル、６１…信号変換回路、６２…ＰＬＣ、６１１…分圧回路、６１２…ローパスフィルタ、６１３…アンプ、６１４…コンパレータ、６２１…パルス幅検出器、６２２…パルス幅測定器、６２３…比較器、６２４…比較パルス幅計算器、Ａ…オゾン発生装置 1...Ozone generator, 2...High voltage power supply, 3...Power supply device, 4...Fuse, 5...High voltage power supply, 6...Abnormality detection device, 10...Discharge tube, 11...Electrode, 12...Metal electrode, 13...Spacer, 14...Discharge gap, 31...Inverter, 32...Transformer, 33...Reactor, 61...Signal conversion circuit, 62...PLC, 611...Voltage division circuit, 612...Low pass filter, 613...Amplifier, 614...Comparator, 621...Pulse width detector, 622...Pulse width meter, 623...Comparator, 624...Comparative pulse width calculator, A...Ozone generator

Claims

An abnormality detection device used for an ozone generator including an inverter that converts an input AC voltage into an AC voltage of a preset frequency and outputs the AC voltage, a transformer that boosts the AC voltage output from the inverter to a high voltage, and an ozone generator that has a built-in discharge tube and generates ozone by applying the AC voltage boosted by the transformer to the discharge tube,
a voltage divider circuit for converting the AC voltage boosted to a high voltage by the transformer into a low voltage;
a signal conversion unit that converts the AC voltage output from the voltage dividing circuit into a pulse signal and outputs the pulse signal;
an abnormality detection unit that detects an abnormality in the ozone generator based on a change in the pulse width of the pulse signal output from the signal conversion unit;
An abnormality detection device comprising:

The abnormality detection device according to claim 1, wherein the abnormality detection unit generates information on the normal range of pulse widths for three or more consecutive pulse signals by statistical processing using the pulse widths of the previous multiple pulse signals, and determines that there is an abnormality in the ozone generator if the pulse width of the latest pulse signal is not within the normal range.

The abnormality detection device according to claim 2, wherein the abnormality detection unit generates the information on the normal range by performing statistical processing using the pulse widths of the previous multiple pulse signals, with a lower limit being a value obtained by multiplying a weighted moving average of the pulse widths of the previous multiple pulse signals by a predetermined first coefficient less than 1, and an upper limit being a value obtained by multiplying the weighted moving average by a predetermined second coefficient greater than 1.

The abnormality detection device according to claim 1, wherein the abnormality detection unit controls an inverter to cut off the power supply to the ozone generator when an abnormality is detected.

The abnormality detection device includes:
a low-pass filter that attenuates high-frequency components included in the AC voltage output from the voltage dividing circuit,
2. The abnormality detection device according to claim 1, wherein the signal conversion unit converts the AC voltage that has passed through the low-pass filter into a pulse signal and outputs the pulse signal.