JPH0249242B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高周波オゾン発生器のパルス状操作の
ための回路構成に関する。水、特に飲料水の処理
と消毒のために、塩素その他の薬品のほかに、と
りわけオゾンを使用することもできる。それ故、
オゾンの発生のためのオゾン発生器を有し、在来
の塩素使用設備に比して幾多の利点を備えた多数
の水処理設備が知られている。この設備の欠点
は、これまでほとんど定置式大型設備として使用
され、それが多額の製造費と同じく高額な原価を
発生するばかりでなく、熟練係員の使用並びに派
生的コストを必要とすることである。別の目的の
ためにオゾンを使用する設備にも、同じことが当
てはまる。

効果的な処理設備の特に重要な構成部分をなす
のは、気中放電管から成るオゾン発生器であつ
て、ここで無声放電によりオゾンが発生される。
気中放電管は同軸に配列された２個の管状電極を
有し、その互いに向き合う表面が放電帯を制定
し、この区域で少くとも一方の電極がガラスまた
はセラミツクの誘電体被覆を具備し、かつ一方の
電極は接地され、他方の電極は高圧に接続され
る。

高圧の発生と上記オゾン発生器の使用のため
に、従来は２種類の回路構成が使用される。公知
の提案（西独公開特許公報第2620540号）によれ
ば、電源部から送られる直流電圧がサイリスタお
よびその制御電極と結合された発振回路によつ
て、電気パルスに変換される。このパルスが高圧
変成器、例えば単巻変圧器の一次コイルに送ら
れ、その二次側がオゾン発生器の電極と結合され
る。別の公知の回路構成（西独公開特許公告第
2610809号）は、必要な高圧のために１個の高周
パルス発生器と２個の高圧電源部を具備する。

多数のオゾン発生器を同時に使用する時は、す
べてのオゾン発生器がそれぞれ良好な効率で使用
されるように、デユーテイフアクタすなわち発生
されるパルスのパルス幅とパルス繰返し周期の比
を個別に調整することによつて、個別に整合させ
ることができるように、回路構成を形成すること
が望ましい。この要求は特に気中放電管が製造の
際に様々な差異を生じるため、標準化された回路
構成に接続した各オゾン発生器のオゾン収量が極
めて不揃いになることの結果である。初めに挙げ
た回路構成（西独公開特許公報第2620540号）を
使用する時は、上述の整合は不可能である。別の
回路構成（西独特許出願公告第2610809号）はデ
ユーテイフアクタが調整可能なパルス発生器を具
備し、個々の場合に使用されるオゾン発生器に対
して回路構成を整合させるために、デユーテイフ
アクタを個別に調整することができる。しかしな
がら、この回路構成は一方では極めて費用がかさ
み、高いコストの関係上いずれにせよ大型設備に
適している。他方では複数個のオゾン発生器を使
用する場合、各パルス発生器によつてデユーテイ
フアクタを個別に調整するために各個別オゾン発
生器ごとに別個の回路構成を設けるか、またはす
べてのオゾン発生器を同じ回路構成で操作する
か、２つの可能性しかない。前者の場合は製造コ
ストが一層高騰し、妥当でない。後者の場合はデ
ユーテイフアクタの個別調整が不可能になるか
ら、少くとも一部のオゾン発生器が不利な効率で
操作される。

こうした推移の結果、これまで一方では多額の
技術的経済的費用を掛けて設置し、操作しなけれ
ばならない定置式大型設備が知られており、他方
では例えば小規模水泳プール、養魚槽または携帯
式飲料水処理装置のために望ましい中小設備は、
高周発成器があるが、オゾン発生器の効率の最適
化が不可能な回路構成でもつぱら操作されるので
ある。

そこで、本発明は直流電圧を発生する少くとも
１個の電源部と、直流電圧から電気パルスを導き
出すためのオゾン発生器の数と同数のスイツチ回
路と、一次側にスイツチ回路のそれぞれ１つが発
生したパルスが送られ、二次側が各々１個のオゾ
ン発生器と結合されたオゾン発生器の数と同数の
高圧変成器とを有する、単数個または複数個の高
周波オゾン発生器のパルス状操作のための回路構
成から出発する。

本発明の目的とするところは、市販の、従つて
安価な部品を使用して個々の場合に使用されるオ
ゾン発生器に対して、所望のオゾン量を考慮して
簡単かつ最適に整合させることができ、特に毎時
約10ｇまでの中小出力のオゾン発生器に適し、モ
ジユール状の拡張によつて多数のオゾン発生器を
接続すると共に、発生可能なオゾン量を適当に増
倍することができるように、上記の回路構成を改
良することである。この目的の達成のために、本
発明はスイツチ回路が発振器によつてトリガされ
る各々１個のパルス幅制御を具備することを特徴
とする。

本発明は幾つかの利点をもたらす。例えばテレ
ビ用水平出力変圧器式の高圧変成器を使用するこ
とにより、在来の中小出力設備で特に故障しやす
い部品の代わりに、何百万回も真価を験された量
産部品を利用することができ、この部品において
は個々の場合に利用可能な、または望ましい電圧
に一次コイルを整合させるだけでよく、すべての
オゾン発生設備の無故障の連続的使用を保証する
のである。高圧変成器のサイクル式またはパルス
状の駆動は、ほとんど方形のパルスの高いしゆん
度をもたらすと共に、比較的小さな電圧で気中放
電管を急速に再充電し、それによつてオゾン発生
に関して高いエネルギ収率すなわち高い効率を可
能にする。またパルス幅を介して各個別高圧変成
器の充電を変えると共に、送り出されるエネルギ
を個別に調整することができる。これは従来、電
圧振幅を変えることにより、あるいはすべてのオ
ゾン発生器に対して一様に行うほかはなかつたの
である。更に、電源部が直流電圧を送出するだけ
でよいことも好都合である。最後に、パルス幅制
御は使用可能なすべてのオゾン発生器の効率の最
適な調整を可能にすると同時に、電源部の出力電
圧を変化することによつて、発生オゾン量を変え
ることができる。

本発明のその他の好ましい特徴は従属クレイム
で明らかである。次に添付の図面に関連して、本
発明の実施例を詳述する。

回路構成は、必要な状況に応じて例えば
220V／50Hz、115V／60Hzまたは12V／直流の任
意の入力電圧から安定化出力直流電圧U_Aを送出
する電源部１を具備する。この出力電圧は調整ポ
テンシヨメータ２により例えば130Vないし160V
の値に調整することができる。直流電圧U_Aは出
力段３の給電に使用される。出力段３は高圧変成
器４、電子スイツチ５とモノフロツプ６（パルス
幅制御手段５，６）から成るパルス幅制御および
抵抗７を具備し、発振器８により例えば10KHzの
出力周波数でタイミングされ、またはトリガされ
る。図示の実施例では直流電圧U_Aは、高圧変成
器４の一次巻線の一方の接続端子に送られる。一
次巻線の他方の接続端子はスイツチ５を構成する
スイツチトランジスタのコレクタと結合され、そ
のエミツタは抵抗７を介して電源部の負極と結合
される。スイツチトランジスタのベースはモノフ
ロツプ６のセツト出力Ｑと結合され、モノフロツ
プ６のクロツクパルス入力Ｔは発振器８の出力に
接続され、そのスイツチ時間を変えることができ
る。またスイツチトランジスタのエミツタはモノ
フロツプ６のリセツト入力Ｒと結合される。高圧
変成器４の二次巻線は、略図で示すに留めたオゾ
ン発生器９の電極と結合される。オゾン発生器９
の気中放電管の外壁は、適当に大きな表面を有す
る図示しないアルミニウム冷却体によつて取囲ま
れる。室内の空気を吸引して冷却空気を冷却体に
送り出す通風機１０によつて冷却が行われる。冷
却体の後方の冷却空気流の中に温度センサ１１が
配設され、電源部１の制御接続端子と結合され
る。高圧変成器４は例えば適当に整合された一次
巻線を有する、テレビ技術で慣用の水平出力変成
器から成り、高圧巻線とフエライト鉄心は市販の
形状のものである。テレビでは一次巻線に
330V／15、6KHzの電圧が送られ、二次巻線から
12KV／15、6KHzの電圧が取り出されるが、本発
明により使用される高圧変成器４の一次巻線は、
電源部１が送出する電圧を発振器８の10KHzの周
波数で約3000Vの高圧に変換する。従つて電源部
１の出力直流電圧が130ないし160Vの場合、例え
ば通常の構造の水平出力変成器に約40回巻の一次
コイルが使用される。

上述の回路構成の機能は次の通りである。

投入操作の後、一方では高圧変成器４の一次巻
線に直流電圧U_Aが印加され、他方では発振器８
が第２図のパルス波形(a)に従つて方形パルスを送
出する。この方形パルスの立上り側がモノフロツ
プ６の出力Ｑに、第２図のパルス波(c)に従つて特
定の長さ（例えば約30μs）の方形パルスを励起す
る。モノフロツプ６の方形パルスはスイツチ５を
制御する。スイツチ５は一次コイルを通る電流の
流れを第２図のパルス波形(b)に従つて遮断または
解放し、それによつて高圧変成器４のフエライト
鉄心または二次巻線にエネルギが伝達される。こ
うして発生された約3KVの高圧は、オゾン発生
器９の気中放電管の無声放電の形成のために利用
され、オゾン発生器９を矢印方向に貫流する乾燥
空気の一部がオゾンに変換される。異常な事態、
例えば高圧側の短絡や火花連絡により、一次巻線
を通る電流の流れが予め定められた最大値Imax
（第２図）を超えて上昇すると、抵抗７で降下す
る電圧によつてモノフロツプ６の早期のリセツト
が、またそれによつてエネルギ供給の即時終了
が、第２図の曲線ｅに従つて行われ、すなわち予
め定められたパルス幅が減少されるから、一次コ
イルを通る電流が第２図の曲線ｄにより値Imax
以下に留まる。こうして出力段は過負荷から守ら
れる。

オゾン発生器４を通る空気送給量が一定であ
り、直流電圧U_Aが一定であるならば、発生され
る毎時オゾン量は一定である。但しその場合はオ
ゾン発生器９の温度が大幅に変化しないことが前
提条件である。なぜなら温度の上昇と共に、オゾ
ンと酸素の再結合率が増加するので、発生オゾン
量が減少するからである。ところがオゾン発生器
の温度は、オゾン発生器で放出されるエネルギの
うちどれだけの部分が熱に変換されるかによつて
変化すると共に、とりわけ環境温度および通風機
１０によつて生じる冷却空気流の流れ挙動によつ
ても変化するのである。それでも毎時発生オゾン
量を定常化することができるように、電源部１は
調整可能に構成され、温度センサ１１に接続する
ための制御入力を具備する。直流電圧U_Aが排気
温度の上昇と共に増加し、排気温度の低下と共に
減少するように制御が行われる。このようにして
温度センサ１１と電源部は、オゾン量を制御量と
する制御器の一部である。

この制御方式では直流電圧U_Aの増減並びにオ
ゾン発生器の放熱のそれに対応する増減に伴なつ
て排気温度が一旦上昇または降下すると、本来な
らば直流電圧のなだれ状の増大または低下が生じ
るはずである。しかし冷却が良好ならば（例えば
オゾン発生器当りで25m³／ｈ）、直流電圧U_Aの増
減によつてオゾン発生器９に換起される温度変化
は明らかに、温度センサ１１の場所で大幅な温度
変化を生じるのに十分でないから、上述のなだれ
効果が起こらないことが判明した。

例えば通風機の停止によつて、例えば50℃の最
高冷却温度を越えた時は、直流電圧を調整しても
所定のオゾン量の最高値にもはや到達することが
できない。この場合はオゾン発生器４の冷却体に
取付けたサーモスイツチが応答し、全回路構成を
遮断し、必要ならば警報装置その他を接続する。

調整ポテンシヨメータ２を調整することによつ
て、オゾン発生器４が送出するオゾン量を定格の
例えば30％から100％まで無段階的に調整するこ
とができる。

使用周波数が約10KHzとかなり高く、高圧の傾
きが急斜しているため、一方ではオゾン発生の効
率、すなわち単位エネルギ当りに得られるオゾン
量が比較的大きく、他方では在来の50Hz設備と比
較して同じ電力で10ないし20KVに対して僅か
3KVの高圧しか必要でない。このため例えば10
ｇ／ｈのオゾン量の発生のために比較的小型の気
中放電管（約20×200mm）で十分であるという特
別の利点が生じる。このことは一方で簡易な空冷
を可能にし、他方では誘電体としてガラスの代わ
りにセラミツクを使用することを可能にする。こ
れら２つのことは、在来式で操作される上記出力
の気中放電管では寸法があまりに大きいため不可
能である。またセラミツクはガラスと比較して熱
伝導が良好で、誘電率が高いものを製造すること
ができる利点がある。その場合、良好な熱伝導率
は空気冷却を一層促進し、大きな誘電率は必要な
高圧を一層低減すると共に、肉厚が大きくなるた
めの気中放電管の安定性を高めることができる。

また約10KHzの高い使用周波数により、慣用の
テレビ水平出力変成器のフエライト鉄心と高圧巻
線を使用することが可能である。テレビセツトの
高圧巻線は約12KVの電圧を送出しなければなら
ないのに対して、上述の回路構成では約3KVの
電圧を送出すれば良いから、信頼性がはなはだ高
く、テレビの場合により遥かに高い。水平出力変
成器の高圧巻線の巻数は約1000である。これは約
0.3：１の巻線電圧比に相当する。従つて数層の
比較的太い線で足りる。また高圧変成器全体が小
型、軽量であり、量産品として低廉である。

本発明の特に好ましい実施態様によれば、第１
図の回路構成は出力段３のほかに別の同様の出力
段１２を具備する。この出力段１２は並列に接続
された同様のパルス幅制御を有し、別設のオゾン
発生器１３の同時または選択的操作のために使用
される。その場合、すべての出力段３，１２、オ
ゾン発生器９，１３および当該の通風機１０，１
４をモジユール式にプレハブユニツトにまとめ、
必要な最大出力に応じてこれらのすべてのユニツ
トを共同のハウジングの中に格納することが特に
有利である。このようにして事実上あらゆる任意
のオゾン量を簡便に、単なる空冷によつて、かつ
モジユール構造のため低廉に生成することがで
き、しかも１個のモジユールに必要なスペースが
比較的小さく、複数個のモジユールを共通のハウ
ジングに格納することができる。

すべてのモジユールを同じ発振器８と同じ電源
部１で操作することができる。しかし各オゾン発
生器を必要ならば個別に調整し、各電源部を所属
の温度センサ１１によつて制御することができる
ように、各モジユールに特別の電源部１を具備す
ることも可能である。その場合は各パルス幅制御
が送出するパルスの幅を、当該のオゾン発生器の
効率のために最適の値に調整し、電源部の出力電
圧を所望のオゾン量の調整のために利用するのが
適当である。そのほかにモジユール構造は、１つ
の個別モジユールの停止が残余のモジユールの機
能を阻害せず、従つて全設備が低下した出力のま
ま作動し続けるという重要な利点がある。

高圧の値のKVの記述は実効値を表す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による回路構成の回路図、第２
図は第１図による回路構成の特定の点に動作時に
現れるパルスのパルス波形図を示す。 ５……スイツチ、６……モノフロツプ｝パルス
幅制御、８……発振器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流電圧を発生する少くとも１個の電源部
   と、直流電圧から電気パルスを発生するためのオ
   ゾン発生器の数と同数のスイツチ回数と、一次側
   にスイツチ回路のそれぞれ１つが発生したパルス
   が送られ、二次側が各々１個のオゾン発生器と結
   合されたオゾン発生器の数と同数の高圧変成器と
   を有する高周波オゾン発生器のパルス状操作のた
   めの回路において、スイツチ回路が発振器８によ
   つてトリガされる各々１個のパルス幅制御手段
   ５，６を具備することを特徴とする高周波オゾン
   発生器のパルス状操作のための回路。 ２ 電源部１が高圧変成器４の一次コイルと結合
   された直流電圧発生器から成ることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の高周波オゾン発生器
   のパルス状操作のための回路。 ３ パルス幅制御手段５，６が、各々１個のモノ
   フロツプ６によつて制御され、高圧変成器４の一
   次コイルを通る電流の流れを遮断または解放する
   各々１個の電子スイツチ５を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   高周波オゾン発生器のパルス状操作のための回
   路。