JP4950362B1 - オゾン発生システム、およびオゾン発生システムの運転方法 - Google Patents
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Abstract
電気代単価を記憶する電気代単価記憶部と、ガス代単価を記憶するガス代単価記憶部とを備え、電気代単価記憶部に記憶された電気代単価と、ガス代単価記憶部に記憶されたガス代単価と、オゾン化ガスに求められる必要オゾン発生量とに基づき、オゾン発生量基礎パラメータであるオゾン濃度およびガス流量についてランニングコストが最低となる値を決定し、この決定したガス流量となるようガス流量調節器を制御し、決定したオゾン濃度となるようオゾン発生器用電源の電力を制御するようにした。
【選択図】図1
Description
(オゾン発生量)=(オゾン濃度)×(オゾン化ガス流量)
生器とオゾン発生器用電源の電気代と、ガス代単価記憶部に記憶されたガス代単価から算出されるガス代とにより決まるランニングコストが最低となる最適値を記憶するオゾン発生量基礎パラメータ最適値記憶部とを備え、このオゾン発生量基礎パラメータ最適値記憶部から、冷却水温計の冷却水温計測値と必要オゾン発生量とに対応するオゾン発生量基礎パラメータ最適値を読み取り、この読み取ったオゾン発生量基礎パラメータ最適値と必要オゾン発生量とにより、運転するオゾン濃度およびオゾン化ガス流量を決定し、この決定したガス流量となるようガス流量調節器を制御し、決定したオゾン濃度となるようオゾン発生器用電源の電力を制御するものである。
また、この発明に係るオゾン発生システムの運転方法は、オゾン発生量基礎パラメータであるオゾン濃度およびオゾン化ガスのガス流量のうち一方のオゾン発生量基礎パラメータの所定の値とオゾン化ガスに求められる必要オゾン発生量とから、運転するオゾン化ガスのガス流量およびオゾン濃度を決定し、この決定したオゾン化ガスのガス流量となるようガス流量調節器を制御するとともに、決定したオゾン濃度となるようにオゾン発生器用電源の電力を制御し、この時のオゾン発生器用電源の電力と決定したオゾン化ガスのガス流量とにより、電気代単価記憶部に記憶された電気代単価と、ガス代単価記憶部に記憶されたガス代単価を用いてランニングコストを算出するランニングコスト算出制御ステップと、このランニングコスト算出制御ステップの後、一方のオゾン発生量基礎パラメータの所定の値を増加または減少させて、次に運転するオゾン濃度とオゾン化ガスのガス流量を決定し、この決定した次に運転するオゾン化ガスのガス流量となるようガス流量調節器を制御するとともに、決定した次に運転するオゾン濃度となるようにオゾン発生器用電源の電力を制御し、この時のオゾン発生器用電源の電力と決定した次に運転するオゾン化ガスのガス流量とにより、電気代単価記憶部に記憶された電気代単価と、ガス代単価記憶部に記憶されたガス代単価を用いてランニングコストを算出し、この算出したランニングコストとそれまでに算出したランニングコストとを比較するランニングコスト比較ステップと、さらにランニングコスト比較ステップを順次繰り返すことによりランニングコスト最低となるオゾン発生量基礎パラメータの値を見つけ出すステップと、見つけ出したオゾン発生量基礎パラメータの値のうちのオゾン化ガスのガス流量の値になるようガス流量調節器を制御するとともに、見つけ出したオゾン発生量基礎パラメータの値のうちのオゾン濃度の値になるようオゾン発生器用電源の電力を制御して運転を継続するステップとを含むものである。
図1は、この発明の実施の形態1によるオゾン発生システムのブロック図である。ここでは、被処理水として例えば上水をオゾン化ガスにより処理するシステムを例に取り上げて説明する。オゾン発生器1に原料ガス供給装置2から原料ガスが供給される。原料ガスは酸素ガスを主成分とし、窒素ガスが微量添加されている。原料ガス供給装置2は、例えば液体酸素貯留タンクである。オゾン発生器1には高周波高電圧を発生するオゾン発生器用電源3が接続され、オゾン発生器1内部の放電管で放電が発生し、放電により原料ガス中の酸素ガスの一部がオゾンに変化し、オゾン化ガスとなる。オゾン発生器1の出口配管には流量調節バルブ4とガス流量計5が接続され、またオゾン化ガスの一部はサンプリングされてオゾン濃度計6に入る。オゾン発生器1の放電により発生した熱は冷却装置7からの冷却水で冷却される。冷却水の温度が冷却水温計8により測定される。オゾン化ガスによる処理の対象である被処理水10の一部はインジェクターポンプ11を通じてインジェクター12に送水され、インジェクター12に導かれたオゾン化ガスはインジェクター12により水中に微細気泡として分散し水中にオゾンが溶け込む。インジェクター12から出たオゾンを含む水は被処理水と合流し、オゾン反応槽に導かれて水中の有機物がオゾンにより酸化分解処理される。
(必要オゾン発生量)=(最適ガス流量)×(最適オゾン濃度)
以上が、本実施の形態1によるオゾン発生量基礎パラメータ値を決定する、オゾン発生量基礎パラメータ値決定ステップである。
放電ギャップ長D:0.3mm以下(好ましくは0.2mm以下)
ガス圧力:0.08〜0.20MPa(G)
で運転するのが良い。このようなオゾン発生器では、オゾン濃度12wt%でも効率良くオゾンを発生できる。特に放電ギャップ長を0.3mm以下とすることにより、オゾン濃度を14wt%まで効率良く発生できる。但し、本発明の課題で説明したように、12〜14wt%のような高濃度で装置を設計すると通常濃度の10wt%よりもオゾン発生効率が悪く、その結果電源出力を大きくする必要があり、またオゾン発生器に用いる放電管の本数を多くする必要があるため、装置のイニシャルコストが高くなるという欠点があった。このため、高濃度オゾンまで発生できる装置の製作は可能であるが、イニシャルコスト面から10wt%を超える濃度でのオゾン利用は普及に到っていなかった。
図8は、本発明の実施の形態2によるオゾン発生システムの概要を示すブロック図である。図8において図1と同一符号は同一、または相当する部分を示す。また、制御装置200における制御フローを図9に示す。実施の形態1では、ランニングコストが最低となる最適オゾン濃度または最適ガス流量をオゾン発生量基礎パラメータ最適値記憶部26に予め記憶しているとした。これに対し、本実施の形態2のオゾン発生システムは、オゾン濃度を変動させながらランニングコストを計算し、ランニングコスト最低となるオゾン濃度とガス流量を制御装置200自身が見つけ出すものである。本実施の形態2においては、冷却水温度計は不要で、冷却水温度の制御装置200への入力も不要である。ただし、初期指示値を設定する目安として冷却水温度を入力しても良い。
(ガス流量)=(オゾン発生量)÷(オゾン濃度)
流量調節バルブを制御し、ガス流量計の測定値が上式で求まるガス流量に等しくなるようにする(ST5)。その後、電源電力を調整し、オゾン濃度計測定値がオゾン濃度の指示値となるようにオゾン発生器用電源3の電力を調整する(ST6)。ランニングコスト演算部27において、電源の消費電力から電気代を計算し、ガス流量からガス代を計算し、このオゾン濃度におけるランニングコストを算出する(ST7)。以上がランニングコスト算出制御ステップであり、このランニングコスト算出制御ステップを実施した後、ランニングコスト最低となるオゾン濃度が決定できたかどうか判断する(ST8)。決定できない場合は、オゾン濃度指示値を所定の値だけ、例えば0.5wt%増加し(ST9)、上記と同様のことを行い、この動作点におけるランニングコストを算出する。ランニングコストが下がれば、更にオゾン濃度指示値を増加させる。逆にランニングコストが上がれば、オゾン濃度指示値を低下させる。以上がランニングコスト比較ステップであり、このランニングコスト比較ステップを、ランニングコストが最低となるオゾン濃度が決定できるまでオゾン濃度を変化させて繰り返し行い、ランニングコストが最低となるオゾン濃度を決定する。以上が、本実施の形態2によるオゾン発生量基礎パラメータ値を決定する、オゾン発生量基礎パラメータ値決定ステップである。このオゾン発生量基礎パラメータ値決定ステップにより、ランニングコストが最低となるオゾン濃度およびガス流量が決定できれば、そのオゾン濃度およびガス流量に設定してオゾン発生システムの運転を続ける(ST10)。以上では、最初にオゾン濃度を設定するとしたが、最初にガス流量を設定しても構わない。一方を設定すれば他方は必要オゾン発生量から算出できる。
図10は、本発明の実施の形態3によるオゾン発生システムの概要を示すブロック図である。図10において図1および図8と同一符号は同一、または相当する部分を示す。本実施の形態3は、実施の形態1と実施の形態2を合わせることにより、更に制御の改善を行うことができる実施の形態である。この実施の形態3では、制御装置210は、2つのパラメータ、冷却水温度とオゾン発生量に対して、オゾン発生量基礎パラメータ最適値記憶部260に、初期値として図5のような最適オゾン濃度のデータ(最適オゾン濃度表)、または図7のような最適ガス流量のデータ(最適ガス流量表)を記憶している。以下では、オゾン発生量基礎パラメータ最適値記憶部260に最適オゾン濃度のデータを記憶しているとして説明する。
実施の形態1から実施の形態3において、ランニングコストはオゾン発生装置の電気代とガス代のみを考慮していたが、図1などに示すように付帯装置としてオゾン化ガスを水に溶解するためのインジェクター12を使用する場合には、インジェクターポンプ11の消費電力の電気代もランニングコストに加算して評価すると、よりランニングコストの小さい運転ができる。本実施の形態4では、インジェクター12に流すガス量Gと水量Lの比(G/L比)を一定となるように調整しオゾンの水中への溶解率を高めている。従って、必要オゾン濃度が同じでも、オゾン濃度によりガス流量Gが変わるため水量Lを調整する必要があり、イジェクターポンプ11の電力が変化する。このインジェクターポンプ11の電力代も含めてランニングコストが最低値となるように最適オゾン濃度を決めるため、システム全体のランニングコストを下げることができる。
実施の形態1〜実施の形態4では、最適オゾン濃度や最適ガス流量によりランニングコストが最低となるランニングコストミニマム制御を常に行う場合を示したが、使用者がオゾン濃度一定で使用する場合があるため、ランニングコストミニマム制御ON/OFF切替えをできるようにしても良い。たとえば、ランニングコストミニマム制御ONボタン(エコノミーモードボタン)、スイッチ(エコノミーモードスイッチ)を制御装置に設ける、もしくは制御装置のタッチパネル上での操作で切り替えできるようにしても良い。使用者は、必要に応じてランニングコストミニマム制御運転を選択でき、ランニングコストを低減する運転を行うことができる。
通常のオゾン処理システムにおいて、複数台のオゾン発生器を用いる場合が多い。このような場合、定格運転時には図11に示すように、例えば、2台のオゾン発生器1a、1bがそれぞれオゾン発生量10kg/h、オゾン濃度10wt%にてフルパワー運転を行っている。オゾン発生量の必要量が徐々に減り、例えば、定格の80%のオゾン発生量の場合には、2台がそれぞれオゾン発生量8kg/h、オゾン濃度12wt%で運転するのがランニングコストが最低となる。更にオゾン発生量を絞り、定格の10%のオゾン発生量の場合、2台のオゾン発生器1a、1bがそれぞれ1kg/hで運転するよりも、図12に示すように、1台のオゾン発生器1bを停止し、オゾン発生器1aの1台のみをオゾン発生量2kg/h、オゾン濃度16wt%で運転する方が安くなる。これは、出力が低下すると無負荷損(電源変圧器のロス、電源冷却用ファンの電力消費、発生器冷却水ポンプの電力消費など)の割合が増加し、オゾン発生器用電源全体の電気入力に対するオゾン発生効率が悪くなるためである。
図13は原料ガス源として原料ガス供給装置2として2台の酸素発生装置(PSA)2a、2bを用い、2台のオゾン発生器1a、1bを使用する例である。オゾン発生器1a、1bは、それぞれオゾン発生量10kg/h、オゾン濃度10wt%で運転している。PSA2a、2bは、それぞれ酸素ガス流量100kg/hを供給している。PSAはガス流量を変化させることが難しく、従って、オゾン発生量を定格量から下げる場合にはガス流量は一定のままで、オゾン濃度を下げてオゾン発生量を調整する場合が多い。この場合、PSA内部のガスを圧送する装置は一定量のガスを送り続けるため、電気消費量が多い。オゾン発生量が下がってもPSAの電気消費量を下げることはできず、経済的な運転となっていない。例えば、図14はオゾン発生量を定格の70%にする場合の各部の酸素ガス流量とオゾン発生量、オゾン濃度を示す。
3:オゾン発生器用電源 4:ガス流量調節バルブ
5:ガス流量計 6:オゾン濃度計
7:冷却装置 8:冷却水温計
10:被処理水 12:インジェクター
20、200、210:制御装置 21:入力部
22:電気代単価記憶部 23:ガス代単価記憶部
24:制御パラメータ設定部 25:電気消費量特性記憶部
26、260:オゾン発生量基礎パラメータ最適値記憶部
27:ランニングコスト演算部
100:放電管 110:放電ギャップ
Claims (8)
- 放電管を備えたオゾン発生器と、
このオゾン発生器に酸素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給装置と、
上記放電管に高周波高電圧を印加するためのオゾン発生器用電源と、
冷却水を上記放電管周囲に流す冷却装置と、
上記オゾン発生器から出力されるオゾン化ガスの流量を制御するガス流量調節器と、
上記オゾン化ガスのオゾン濃度を計測するオゾン濃度計と、
上記冷却水の水温を計測する冷却水温計と、
上記オゾン発生器用電源の電力と、上記ガス流量調節器とを制御する制御装置と
を備えたオゾン発生システムにおいて、
上記制御装置は、電気代単価を記憶する電気代単価記憶部と、
ガス代単価を記憶するガス代単価記憶部と、
冷却水温とオゾン発生量とをパラメータとして、オゾン発生量基礎パラメータであるオゾン濃度およびオゾン化ガスのガス流量のうち一方のオゾン発生量基礎パラメータについて、上記電気代単価記憶部に記憶された電気代単価から算出される上記オゾン発生器用電源の電気代と、上記ガス代単価記憶部に記憶されたガス代単価から算出されるガス代とにより決まるランニングコストが最低となる最適値を記憶するオゾン発生量基礎パラメータ最適値記憶部とを備え、
このオゾン発生量基礎パラメータ最適値記憶部から、上記冷却水温計の冷却水温計測値と上記オゾン化ガスに求められる必要オゾン発生量とに対応するオゾン発生量基礎パラメータ最適値を読み取り、この読み取ったオゾン発生量基礎パラメータ最適値と上記必要オゾン発生量とにより、運転するオゾン濃度およびオゾン化ガスのガス流量を決定し、この決定したオゾン化ガスのガス流量になるように上記ガス流量調節器を制御するとともに、上記オゾン濃度計のオゾン濃度計測値が上記決定したオゾン濃度になるよう上記オゾン発生器用電源の電力を制御することを特徴とするオゾン発生システム。 - 放電管を備えたオゾン発生器と、
このオゾン発生器に酸素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給装置と、
上記放電管に高周波高電圧を印加するためのオゾン発生器用電源と、
冷却水を上記放電管周囲に流す冷却装置と、
上記オゾン発生器から出力されるオゾン化ガスの流量を制御するガス流量調節器と、
上記オゾン化ガスのオゾン濃度を計測するオゾン濃度計と、
上記オゾン発生器用電源の電力と、上記ガス流量調節器とを制御する制御装置と
を備えたオゾン発生システムにおいて、
上記制御装置は、電気代単価を記憶する電気代単価記憶部と、ガス代単価を記憶するガス代単価記憶部とを備え、
オゾン発生量基礎パラメータであるオゾン濃度およびオゾン化ガスのガス流量のうち一方のオゾン発生量基礎パラメータの所定の値と上記オゾン化ガスに求められる必要オゾン発生量とから、運転するオゾン濃度とオゾン化ガスのガス流量を決定し、この決定したオゾン化ガスのガス流量となるよう上記ガス流量調節器を制御するとともに、上記決定したオゾン濃度となるように上記オゾン発生器用電源の電力を制御し、この時の上記オゾン発生器用電源の電力と上記決定したオゾン化ガスのガス流量とにより、上記電気代単価記憶部に記憶された電気代単価と、上記ガス代単価記憶部に記憶された上記ガス代単価を用いてランニングコストを算出するランニングコスト算出制御ステップを実行し、
このランニングコスト算出制御ステップの後、上記一方のオゾン発生量基礎パラメータの所定の値を増加または減少させて、次に運転するオゾン濃度とオゾン化ガスのガス流量を決定し、この決定した次に運転するオゾン化ガスのガス流量となるよう上記ガス流量調節器を制御するとともに、上記決定した次に運転するオゾン濃度となるように上記オゾン発生器用電源の電力を制御し、この時の上記オゾン発生器用電源の電力と上記決定した次に運転するオゾン化ガスのガス流量とにより、上記電気代単価記憶部に記憶された電気代単価と、上記ガス代単価記憶部に記憶されたガス代単価を用いてランニングコストを算出し、この算出したランニングコストとそれまでに算出したランニングコストとを比較するランニングコスト比較ステップを実行し、
さらに上記ランニングコスト比較ステップを順次繰り返すことによりランニングコスト最低となるオゾン発生量基礎パラメータの値を見つけ出し、この見つけ出したオゾン発生量基礎パラメータの値となるよう、上記ガス流量調節器およびオゾン発生器用電源を制御して運転を継続することを特徴とするオゾン発生システム。 - 上記冷却水の水温を計測する冷却水温計を備え、
上記制御装置は、冷却水温とオゾン発生量とをパラメータとして、オゾン発生量基礎パラメータのうち一方のオゾン発生量基礎パラメータについてランニングコストが最低となる最適値を記憶するオゾン発生量基礎パラメータ最適値記憶部を有し、このオゾン発生量基礎パラメータ最適値記憶部から、上記冷却水温計の冷却水温計測値と、上記必要オゾン発生量とに対応するオゾン発生量基礎パラメータの最適値を読み取り、この読み取ったオゾン発生量基礎パラメータの最適値を最初の上記オゾン発生量基礎パラメータの所定の値とすることを特徴とする請求項2に記載のオゾン発生システム。 - 付帯装置の消費電力を含んでランニングコストを算出することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のオゾン発生システム。
- 上記放電管の放電ギャップ長が0.3mm以下で、オゾン発生器内部のガス圧力が0.08MPaから0.2MPaの範囲の圧力であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のオゾン発生システム。
- 複数のオゾン発生器を備え、ランニングコストが最低となるオゾン発生器の運転台数を見つけ出し、この見つけ出した運転台数でオゾン発生器の運転を行うことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のオゾン発生システム。
- 複数の原料ガス供給装置を備え、ランニングコストが最低となる原料ガス供給装置の運転台数を見つけ出し、この見つけ出した運転台数で原料ガス供給装置の運転を行うことを
特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のオゾン発生システム。 - 放電管を備えたオゾン発生器と、
このオゾン発生器に酸素を含む原料ガスを供給する原料ガス供給装置と、
上記放電管に高周波高電圧を印加するためのオゾン発生器用電源と、
冷却水を上記放電管周囲に流す冷却装置と、
上記オゾン発生器から出力されるオゾン化ガスの流量を制御するガス流量調節器と、
上記オゾン化ガスのオゾン濃度を計測するオゾン濃度計と、
電気代単価を記憶する電気代単価記憶部と、ガス代単価を記憶するガス代単価記憶部とを有する制御装置とを備えたオゾン発生システムの運転方法において、
オゾン発生量基礎パラメータであるオゾン濃度およびオゾン化ガスのガス流量のうち一方のオゾン発生量基礎パラメータの所定の値と上記オゾン化ガスに求められる必要オゾン発生量とから、運転するオゾン化ガスのガス流量およびオゾン濃度を決定し、この決定したオゾン化ガスのガス流量となるよう上記ガス流量調節器を制御するとともに、上記決定したオゾン濃度となるように上記オゾン発生器用電源の電力を制御し、この時の上記オゾン発生器用電源の電力と上記決定したオゾン化ガスのガス流量とにより、上記電気代単価記憶部に記憶された電気代単価と、上記ガス代単価記憶部に記憶されたガス代単価を用いてランニングコストを算出するランニングコスト算出制御ステップと、
このランニングコスト算出制御ステップの後、上記一方のオゾン発生量基礎パラメータの所定の値を増加または減少させて、次に運転するオゾン濃度とオゾン化ガスのガス流量を決定し、この決定した次に運転するオゾン化ガスのガス流量となるよう上記ガス流量調節器を制御するとともに、上記決定した次に運転するオゾン濃度となるように上記オゾン発生器用電源の電力を制御し、この時の上記オゾン発生器用電源の電力と上記決定した次に運転するオゾン化ガスのガス流量とにより、上記電気代単価記憶部に記憶された電気代単価と、上記ガス代単価記憶部に記憶されたガス代単価を用いてランニングコストを算出し、この算出したランニングコストとそれまでに算出したランニングコストとを比較するランニングコスト比較ステップと、
さらに上記ランニングコスト比較ステップを順次繰り返すことによりランニングコスト最低となるオゾン発生量基礎パラメータの値を見つけ出すステップと
上記見つけ出したオゾン発生量基礎パラメータの値のうちのオゾン化ガスのガス流量の値になるよう上記ガス流量調節器を制御するとともに、上記見つけ出したオゾン発生量基礎パラメータの値のうちのオゾン濃度の値になるよう上記オゾン発生器用電源の電力を制御して運転を継続するステップとを含むことを特徴とするオゾン発生システムの運転方法。
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