特許 7346191 オゾン発生器異常検出装置、およびオゾン発生装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-08

(45)【発行日】2023-09-19

(54)【発明の名称】オゾン発生器異常検出装置、およびオゾン発生装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 13/11 20060101AFI20230911BHJP

【ＦＩ】

C01B13/11 H

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019168769

(22)【出願日】2019-09-17

(65)【公開番号】P2021046331

(43)【公開日】2021-03-25

【審査請求日】2022-06-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】直井 小百合

(72)【発明者】

【氏名】橋本 美智子

(72)【発明者】

【氏名】鷹箸 幸夫

(72)【発明者】

【氏名】村田 隆昭

(72)【発明者】

【氏名】菅沼 亮太

(72)【発明者】

【氏名】久保 貴恵

(72)【発明者】

【氏名】深田 洋行

【審査官】磯部 香

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１１／１５８３６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－３４９３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２４３９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６７７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００１－５１３３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２２５３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２８５８０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ １３／１１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバータの電圧出力をトランスにより昇圧してオゾン発生器に印加する交流電圧のうち、前記オゾン発生器の異常によって発生した高周波成分を通過させるためのハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタを通過した交流電圧が比較電圧を超えた場合に、前記オゾン発生器の異常を検出する比較部と、
前記オゾン発生器の異常が検出された場合に、前記インバータを制御して、前記オゾン発生器への電源の供給を遮断する制御部と、
を備え、
前記比較電圧は、ノイズによって発生する高周波成分の電圧より高い電圧であるオゾン発生器異常検出装置。

【請求項2】

前記ハイパスフィルタは、前記オゾン発生器と前記トランスの間に接続されるリアクトルと、前記オゾン発生器と、の間に印加される交流電圧に含まれる高周波成分を通過させる請求項１に記載のオゾン発生器異常検出装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記インバータが起動してから所定時間経過までに、前記オゾン発生器の異常が検出された場合、前記オゾン発生器への電源の供給を遮断しない請求項１または２に記載のオゾン発生器異常検出装置。

【請求項4】

前記制御部は、単位時間内に前記オゾン発生器の異常が検出された回数が予め設定された回数以上となった場合に、前記インバータを制御して、前記オゾン発生器への電源の供給を遮断する請求項１から３のいずれか一に記載のオゾン発生器異常検出装置。

【請求項5】

所定の周波数の第１の交流電圧を出力するインバータと、
前記インバータが出力した前記第１の交流電圧を昇圧した第２の交流電圧を出力するトランスと、
前記第２の交流電圧が印加されることでオゾンを生成するオゾン発生器と、
前記オゾン発生器の異常を検出する異常検出装置と、
を備え、
前記異常検出装置は、
前記第２の交流電圧から、前記オゾン発生器の異常によって発生した高周波の第３の交流電圧を通過させるためのハイパスフィルタと、
前記第３の交流電圧と比較電圧とを比較し、前記第３の交流電圧が前記比較電圧を超えた場合に異常検出信号を出力する比較部と、
前記異常検出信号の入力に応じ、前記インバータから前記第１の交流電圧が出力されないように制御する制御部と、を有し、
前記比較電圧は、ノイズによって発生する高周波成分の電圧より高い電圧である、オゾン発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、オゾン発生器異常検出装置、およびオゾン発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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、既定値以下であり、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、オゾン発生器の異常を検出する技術が開発されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４０７１０１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記の技術では、入力電力を検出する入力電力検出部および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。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態のオゾン発生器異常検出装置は、ハイパスフィルタと、比較部と、制御部と、を備える。ハイパスフィルタは、インバータの電圧出力をトランスにより昇圧してオゾン発生器に印加する交流電圧のうち、オゾン発生器の異常によって発生した高周波成分を通過させる。比較部は、ハイパスフィルタを通過した交流電圧が比較電圧を超えた場合に、オゾン発生器の異常を検出する。制御部は、オゾン発生器の異常が検出された場合に、インバータを制御して、オゾン発生器への電源の供給を遮断する。比較電圧は、ノイズによって発生する高周波成分の電圧より高い電圧である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、本実施形態にかかるオゾン発生装置の機能構成の一例を示す図である。

【図2】図２は、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する故障検出回路の機能構成の一例を示す図である。

【図3A】図３Ａは、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有するオゾン発生器異常検出装置によるオゾン発生器の異常の検出処理の一例を説明するための図である。

【図3B】図３Ｂは、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有するオゾン発生器異常検出装置によるオゾン発生器の異常の検出処理の一例を説明するための図である。

【図3C】図３Ｃは、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有するオゾン発生器異常検出装置によるオゾン発生器の異常の検出処理の一例を説明するための図である。

【図4】図４は、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有するオゾン発生器異常検出装置によるオゾン発生器の異常の検出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかるオゾン発生器異常検出装置を適用したオゾン発生装置の一例について説明する。

【0008】

図１は、本実施形態にかかるオゾン発生装置の機能構成の一例を示す図である。

【0009】

まず、図１を用いて、本実施形態にかかるオゾン発生装置の機能構成の一例について説明する。

【0010】

図１に示すように、本実施形態にかかるオゾン発生装置は、オゾン発生器１、インバータ２、トランス３、リアクトル４、およびオゾン発生器異常検出装置５を備える。

【0011】

オゾン発生器１は、対向する誘電体電極と金属電極を有するオゾン発生器本体である。誘電体電極と金属電極との間には、原料ガスが流入される放電ギャップが形成されている。ここで、原料ガスは、酸素、酸素を含有するガスである。

【0012】

そして、オゾン発生器１は、後述するトランス３によって、誘電体電極に交流電圧が印加され、放電ギャップに流入される原料ガスで放電（誘電体バリア放電）を発生させる。これにより、オゾン発生器１は、原料ガスから、オゾンを生成する。

【0013】

インバータ２は、後述するトランス３に入力する交流電圧の周波数を変換する。本実施形態では、インバータ２は、商用電源等の電源から供給される交流電圧を予め設定された周波数の交流電圧に変換する。

【0014】

トランス３は、インバータ２によって予め設定された周波数に変換される交流電圧を昇圧する。言い換えると、トランス３は、インバータ２の電圧出力を昇圧する。そして、トランス３は、昇圧した交流電圧をオゾン発生器１に印加する。具体的には、トランス３は、昇圧した交流電圧を、オゾン発生器１が有する誘電体電極に印加する。

【0015】

リアクトル４は、オゾン発生器１とトランス３との間に接続される。そして、リアクトル４は、オゾン発生器１の異常（例えば、オゾン発生器１が有するガラス管の破損によるアーク放電）によって、トランス３に印加される交流電圧に生じる高周波成分を抑制する。

【0016】

オゾン発生器異常検出装置５は、故障検出回路５０１と、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）５０２と、を有する。

【0017】

故障検出回路５０１は、オゾン発生器１に印加される交流電圧に基づいて、オゾン発生器１の異常を検出する。

【0018】

ＰＬＣ５０２は、故障検出回路５０１によってオゾン発生器１の異常を検出した場合、インバータ２を制御して、オゾン発生器１への電源の供給を遮断する制御部の一例である。

【0019】

図２は、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する故障検出回路の機能構成の一例を示す図である。

【0020】

次に、図２を用いて、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有する故障検出回路５０１の機能構成の一例について説明する。

【0021】

本実施形態では、故障検出回路５０１は、図２に示すように、高電圧分圧回路５０３、高周波信号検出回路５０４、およびタイマー回路５０５を有する。

【0022】

高電圧分圧回路５０３は、オゾン発生器１に印加される交流電圧Ｖｏｐ（例えば、１０ｋＶ）を、高周波信号検出回路５０４で信号処理できる交流電圧ＶＬのレベル（例えば、１～２Ｖ）に分圧する分圧回路の一例である。

【0023】

高周波信号検出回路５０４は、オゾン発生器１に印加される交流電圧Ｖｏｐに基づいて、オゾン発生器１の異常を検出する回路である。

【0024】

本実施形態では、高周波信号検出回路５０４は、図２に示すように、ハイパスフィルタ５０４ａ、アンプ５０４ｂ、およびコンパレータ５０４ｃを有する。

【0025】

ハイパスフィルタ５０４ａは、オゾン発生器１に印加される交流電圧Ｖｏｐのうち、高周波成分を通過させるフィルタ回路の一例である。本実施形態では、ハイパスフィルタ５０４ａは、高電圧分圧回路５０３により分圧される交流電圧ＶＬのうち、高周波成分を通過させるものとする。

【0026】

具体的には、ハイパスフィルタ５０４ａは、交流電圧Ｖｏｐ（本実施形態では、交流電圧ＶＬ）に含まれる高周波成分のうち、所定の周波数帯の高周波成分を通過させる。

【0027】

ここで、所定の周波数帯は、予め設定された周波数帯である。具体的には、所定の周波数帯は、オゾン発生器１の異常の発生により交流電圧Ｖｏｐに発生する高周波成分の周波数帯（例えば、１～２ＭＨｚ）である。

【0028】

アンプ５０４ｂは、ハイパスフィルタ５０４ａを通過した交流電圧ＶＬを、所定の増幅度で、交流電圧ＶＯに増幅する増幅器の一例である。

【0029】

コンパレータ５０４ｃは、アンプ５０４ｂにより増幅される交流電圧ＶＯ（言い換えると、ハイパスフィルタ５０４ａを通過した交流電圧ＶＬ）と、図示しない比較電圧と、を比較する比較部の一例である。ここで、比較電圧は、ハイパスフィルタ５０４ａを通過した交流電圧ＶＬの高周波成分のうち、ノイズによって発生する高周波成分の電圧よりも高い電圧である。本実施形態では、比較電圧は、後述するＰＬＣ５０２によって設定される。

【0030】

そして、コンパレータ５０４ｃは、交流電圧ＶＯが図示しない比較電圧を超えた場合に、オゾン発生器１の異常を検出する。言い換えると、コンパレータ５０４ｃは、交流電圧ＶＯの電位が、比較電圧の電位を超えた場合に、オゾン発生器１の異常を検出する。オゾン発生器１の異常を検出した場合、コンパレータ５０４ｃは、オゾン発生器１に異常が発生したことを示す異常検出信号ＣＯＭＰ－ＯＵＴを、タイマー回路５０５に出力する。

【0031】

タイマー回路５０５は、マルチバイブレータや、インバータ、タイマー等を含み、コンパレータ５０４ｃから出力される異常検出信号ＣＯＭＰ－ＯＵＴの波形を調整する回路である。本実施形態では、タイマー回路５０５は、コンパレータ５０４ｃから出力される異常検出信号ＣＯＭＰ－ＯＵＴのパルス幅を、予め設定されたパルス幅（例えば、数１００ｍｓ）のインタフェース信号Ｉ／Ｆ－ＳＩＧに変換する。ここで、予め設定されたパルス幅は、後述するＰＬＣ５０２が検出可能な信号のパルス幅である。そして、タイマー回路５０５は、インタフェース信号Ｉ／Ｆ－ＳＩＧを、後述するＰＬＣ５０２に出力する。

【0032】

ＰＬＣ５０２は、タイマー回路５０５から入力されるインタフェース信号Ｉ／Ｆ－ＳＩＧが、オゾン発生器１の異常が検出されたことを示している場合に、インバータ２を制御して、オゾン発生器１への電源の供給を遮断する。これにより、インバータ２に入力する入力電力を検出する入力電力検出部、およびインバータ２から出力される出力電流を検出する出力電流検出部の両方を設けることなく、オゾン発生器１の異常を検出することができる。その結果、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。

【0033】

また、ＰＬＣ５０２は、インバータ２の起動から所定時間経過するまでに、インタフェース信号Ｉ／Ｆ－ＳＩＧが、オゾン発生器１の異常が検出されたことを示した場合、オゾン発生器１への電源の供給を遮断しないマスク処理を実行する。ここで、所定時間は、予め設定された時間であり、インバータ２が起動してから設定周波数に制御が移行する際にインバータ２の高速スイッチングに伴うサージ電圧ノイズが発生する時間である。サージ電圧ノイズの高周波ノイズが、交流電圧Ｖｏｐに重畳し、そのノイズによって高周波信号を誤検出し、オゾン発生器１に異常が発生したと判定した場合に、オゾン発生器１への電源の供給が遮断されることを防止できる。

【0034】

また、ＰＬＣ５０２は、単位時間内に、インタフェース信号Ｉ／Ｆ－ＳＩＧがオゾン発生器１の異常が検出されたことを示した回数が、予め設定された回数以上となった場合に、インバータ２を制御して、オゾン発生器１への電源の供給を遮断することも可能である。これにより、オゾン発生器１の誤動作によって、オゾン発生器１の異常が検出された場合に、オゾン発生器１への電源の供給が遮断されて、オゾン発生器１が使用できなくなることを防止できる。

【0035】

また、ＰＬＣ５０２は、高周波信号検出回路５０４のコンパレータ５０４ｃにおける比較電圧を調整するオートチューニング機能を有する。具体的には、ＰＬＣ５０２は、ハイパスフィルタ５０４ａを通過した交流電圧ＶＬに含まれるノイズ成分よりも高い電圧に、比較電圧を調整する。

【0036】

これにより、ハイパスフィルタ５０４ａを通過した交流電圧ＶＬに含まれるノイズ成分の電圧以下に比較電圧が調整されて、オゾン発生器１に異常が発生していないにも関わらず、ハイパスフィルタ５０４ａを通過した交流電圧ＶＬに含まれるノイズ成分によってオゾン発生器１に異常が発生したことが誤検出されることを防止できる。

【0037】

本実施形態では、ＰＬＣ５０２は、予め設定された期間毎に、コンパレータ５０４ｃにおける比較電圧を、複数の比較電圧候補（例えば、第１～３比較電圧候補）に切り替える機能を有する。ここで、第１比較電圧候補が最も低い電圧であり、第２比較電圧候補が第１比較電圧候補の次に高い電圧であり、第３比較電圧候補が第２比較電圧候補の次に高い電圧である。そして、ＰＬＣ５０２は、第１～３比較電圧候補のうち、オゾン発生器１の異常が検出されなかった最も低い比較電圧候補を、比較電圧に設定する。

【0038】

図３Ａ～３Ｃは、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有するオゾン発生器異常検出装置によるオゾン発生器の異常の検出処理の一例を説明するための図である。図３Ａにおいて、縦軸は、高電圧分圧回路５０３により分圧された交流電圧ＶＬを表し、横軸は、時間を表す。図３Ｂにおいて、縦軸は、アンプ５０４ｂにより増幅された交流電圧ＶＯを表し、横軸は、時間を表す。図３Ｃにおいて、縦軸は、タイマー回路５０５から出力されるインタフェース信号Ｉ／Ｆ－ＳＩＧの電圧を表し、横軸は、時間を表す。

【0039】

次に、図３Ａ～３Ｃを用いて、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有するオゾン発生器異常検出装置５によるオゾン発生器１の異常の検出処理の一例について説明する。

【0040】

高周波信号検出回路５０４には、図３Ａに示すように、高電圧分圧回路５０３によって分圧された交流電圧ＶＬが入力される。そして、交流電圧ＶＬには、図３Ａに示すように、オゾン発生器１が有するガラス管の破損によるアーク放電や、オゾン発生器１のノイズ等により発生する高周波成分が含まれる。

【0041】

そこで、高周波信号検出回路５０４のハイパスフィルタ５０４ａは、交流電圧ＶＬに含まれる高周波成分を抽出するフィルタ処理を実行する。そして、アンプ５０４ｂは、図３Ｂに示すように、ハイパスフィルタ５０４ａにより抽出される高周波成分の交流電圧ＶＬを増幅させた交流電圧ＶＯを出力する。

【0042】

コンパレータ５０４ｃは、図３Ｂに示すように、アンプ５０４ｂにより増幅された交流電圧ＶＯが、比較電圧ＴＨを超えた場合に、オゾン発生器１の異常を検出する。そして、コンパレータ５０４ｃは、オゾン発生器１の異常が検出された場合にハイレベルとなるパルス信号である異常検出信号ＣＯＭＰ－ＯＵＴを、タイマー回路５０５に出力する。

【0043】

タイマー回路５０５は、図３Ｃに示すように、コンパレータ５０４ｃから入力される異常検出信号ＣＯＭＰ－ＯＵＴに含まれるパルスのパルス幅を、予め設定されたパルス幅に変更したインタフェース信号Ｉ／Ｆ－ＳＩＧに変換して、ＰＬＣ５０２に出力する。

【0044】

図４は、本実施形態にかかるオゾン発生装置が有するオゾン発生器異常検出装置によるオゾン発生器の異常の検出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0045】

次に、図４を用いて、本実施形態にかかるオゾン発生器異常検出装置５によるオゾン発生器１の異常の検出処理の流れの一例について説明する。

【0046】

まず、高電圧分圧回路５０３が、オゾン発生器１に印加される交流電圧Ｖｏｐを、高周波信号検出回路５０４で信号処理できる交流電圧ＶＬのレベルに分圧する（ステップＳ４０１）。

【0047】

次に、ハイパスフィルタ５０４ａは、高電圧分圧回路５０３により分圧された交流電圧ＶＬに含まれる所定周波数帯以外の周波数成分を減衰させるフィルタ処理を実行する（ステップＳ４０２）。

【0048】

アンプ５０４ｂは、ハイパスフィルタ５０４ａによりフィルタ処理を実行した交流電圧ＶＬを、所定の増幅度で、異常を検出可能な交流電圧ＶＯに増幅する（ステップＳ４０３）。

【0049】

コンパレータ５０４ｃは、アンプ５０４ｂにより増幅された交流電圧ＶＯと、比較電圧ＴＨと、を比較する（ステップＳ４０４）。そして、コンパレータ５０４ｃは、交流電圧ＶＯが比較電圧ＴＨを超えた場合に、オゾン発生器１の異常を検出して、異常検出信号ＣＯＭＰ－ＯＵＴを、タイマー回路５０５に出力する。

【0050】

タイマー回路５０５は、コンパレータ５０４ｃから入力される異常検出信号ＣＯＭＰ－ＯＵＴを、予め設定されたパルス幅に変更したインタフェース信号Ｉ／Ｆ－ＳＩＧに変換する（ステップＳ４０５）。

【0051】

ＰＬＣ５０２は、タイマー回路５０５から入力されるインタフェース信号Ｉ／Ｆ－ＳＩＧが、オゾン発生器１の異常が検出されたことを示している場合、インバータ２を制御して、オゾン発生器１への電源の供給を遮断する（ステップＳ４０６）。

【0052】

このように、本実施形態にかかるオゾン発生装置によれば、インバータ２に入力する入力電力を検出する入力電力検出部、およびインバータ２から出力される出力電流を検出する出力電流検出部の両方を設けることなく、オゾン発生器１の異常を検出することができる。その結果、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。

【0053】

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。

【符号の説明】

【0054】

１ オゾン発生器
２ インバータ
３ トランス
４ リアクトル
５ オゾン発生器異常検出装置
５０１ 故障検出回路
５０２ ＰＬＣ
５０３ 高電圧分圧回路
５０４ 高周波信号検出回路
５０４ａ ハイパスフィルタ
５０４ｂ アンプ
５０４ｃ コンパレータ
５０５ タイマー回路

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】