JP7162993B2 - オゾンガス利用システム - Google Patents
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Description
(基本構成)
図1はこの発明による実施の形態であるオゾンガス利用システムの構成を示す説明図である。図2は実施の形態1のオゾンガス利用システムの効果を示すグラフであり、具体的には、オゾン発生装置100とアプリケーション装置200との間における注入するオゾン濃度とオゾンの水浄化能力との関係を示すグラフである。図3は実施の形態1のオゾンガス利用システムで用いられるオゾン発生装置100の内部構成を示す説明図である。図4及び図5は、図3で示した負荷共振型高周波昇圧トランス13の内部構造の詳細を示す説明図であり、図5においてトランスモールドコイル132の構造を示し、図4においてトランスモールドコイル132を除く構造を示している。
図3~図5において、オゾン発生装置100の小型化を図ったオゾン発生器11におけるインバータ電源装置120と負荷共振型高周波昇圧トランス13との詳細構成を示している。
図6は、図1で示したアプリケーション装置200におけるオゾンガス処理リアクター21の詳細構成を示す説明図である。オゾンガス処理リアクター21はオゾン利用処理としてオゾンガスを用いて水洗浄処理を実行する。
図7は、オゾン発生装置100と組合せて使用する原料ガス精製装置300の詳細を示す説明図である。通常は原料ガスの供給源として市販の酸素ボンベを用いるが、利用分野を任意とするオゾンガス利用システムにするためには、大気中の空気もしくは水から酸素ガスを作り出し、そのガスの水分や窒素ガスを取り除く構成にすることが望ましい。
昔から放電中の電子である程度のオゾン濃度が得られることは明らかであったが、100g/m3(46700ppm)を超えるような高濃度なオゾンガスが生成できるメカニズムは、先行技術文献で様々な技術が開示されてきているが、正しいメカニズム追究がなされているとは言えない。
図13、図14における特性Aは出力信号SAから検出した電源からの印加電圧の立上特性(%)を示している。
特性B10は放電面材料を不動体絶縁体膜2104aで構成した試験用オゾン発生器I(図11)において、高純度酸素ガス(酸素+0%窒素ガス)ガスで数時間放電させた後の放電面で、再度、酸素に微量の窒素ガスを添加した(酸素+500ppm窒素ガス)ガスの原料ガスを試験用オゾン発生器Iに流し、立上特性Aの電圧を印加した場合のオゾン濃度立上特性を示す。
特性B20は放電面材料を不動体絶縁体膜2104aで構成した試験用オゾン発生器I(図11)において、高純度酸素ガス(酸素+0%窒素ガス)ガスで数時間放電させた後の放電面で、再度、酸素に微量の二酸化窒素ガスを添加した(酸素+18.4ppm窒素ガス)ガスの原料ガスを試験用オゾン発生器Iに流し、立上特性Aの電圧を印加した場合のオゾン濃度立上特性を示す。
特性B30は放電面材料を光触媒絶縁膜2104bで構成した試験用オゾン発生器II(図12)において、高純度酸素ガス(酸素+0%窒素ガス)ガスで数時間放電させた後の放電面で、再度、高純度酸素ガス(酸素+0%窒素ガス)ガスの原料ガスを試験用オゾン発生器Iに流し、立上特性Aの電圧を印加した場合のオゾン濃度立上特性を示す。
図8は、オゾン発生装置100と組合せて使用するための一構成例としての電源供給装置400を再生エネルギー発電装置とした構成例を示す説明図である。
ここでは、人の飲料水の上水浄化、汚水等の下水浄化、プール水の水浄化と殺菌、水族館の有機物処理及び殺菌処理のための小型の水環境改善処理等、様々な水浄化処理を実現するためのオゾンガス利用システムの第1の変形例について説明する。
以下、大型客船の水処理やコンテナ船、原油タンカーのバラスト水の水浄化処理用の環境装置となるオゾンガス利用システムを第2の変形例として説明する。
高純度酸素ガスを精製する原料ガス精製装置300に加え、再生エネルギー発電装置である電源供給装置400と放電面を特定の光触媒としたオゾン発生器を採用したオゾン発生装置100とをさらに組合せて、NOxレスオゾンガスを利用した水浄化処理を実行するオゾンガス利用システムを実現することにより、小規模な海水の殺菌や赤潮処理や大気ガスの殺菌が非常に小さな規模で実現できる。このオゾンガス利用システムは、環境負荷の小さいNOxレスのオゾンガスを利用しているため、各地域で利用でき、環境改善に役立つ効果は大きい。
水浄化処理等をオゾン利用処理として実行する従来のアプリケーション装置は、装置規模が大きいため、オゾンガスを発生させる装置の電気供給量やオゾンガスを発生させるための電源が非常に大きい。しかも、従来のオゾン発生器は、原料ガスとして、空気源もしくは、酸素に1%(10000ppm)の窒素ガスを含んだものを放電によってオゾンガスを発生させていたため、NOxも生成され、発生したオゾンガスに有害なNOx含まれていた。
12 コンバータ/インバータ部
13 負荷共振型高周波昇圧トランス
21 オゾンガス処理リアクター
22 オゾン処理物質・蓄積部
22B バラストタンク
32 酸素PSA装置
33 高純度ガス精製器
40a 再生エネルギー発電セル部
41 太陽電池モジュールアレイ
100 オゾン発生装置
131 トランスコア
132 トランスモールドコイル
133 トランスギャップスペーサ
134 トランス抑え板
135 導電体・磁気シールドカバー
200 アプリケーション装置
300 原料ガス精製装置
400 電源供給装置
500 排オゾン分解装置
Claims (14)
- 酸素ガスを含む原料ガスを供給する原料ガス供給装置(300)と、
前記原料ガスからオゾンガスを生成するオゾン発生装置(100)と、
前記オゾンガスを利用して、オゾン処理前物質(91)からオゾン処理後物質(92)を得るオゾン利用処理を実行するアプリケーション装置(200)とを備え、
前記オゾン発生装置は、
供給高周波電圧を生成するインバータ電源(120)と、
前記供給高周波電圧を昇圧して昇圧高周波電圧を得る共振型トランス部(13)と、
前記共振型トランス部より受ける前記昇圧高周波電圧を動作電圧として受け、前記原料ガスから、200g/m3以上のオゾン濃度の前記オゾンガスを生成するオゾン発生器(11)とを含み、
前記共振型トランス部は、前記オゾン発生器の負荷容量と負荷共振型高周波昇圧トランス自身の励磁インダクタンスとを共振させるように設けられた負荷共振型高周波昇圧トランスであり、
前記アプリケーション装置は、
0.2MPa以上の圧力環境下で、200g/m3以上のオゾン濃度の前記オゾンガスを受け、
前記インバータ電源は、10kHz以上の高周波な前記供給高周波電圧を生成し、
前記共振型トランス部は、
前記供給高周波電圧を昇圧して前記昇圧高周波電圧を得るトランス本体(131~133)を備え、
前記トランス本体は一対のトランスコア、トランスモールドコイル及びトランスギャップスペーサを含み、前記トランスギャップスペーサは前記一対のトランスコア間に介挿され、
前記共振型トランス部は、
前記トランス本体との間に冷却空間を確保し、かつ、前記トランス本体の磁束漏れが外部に影響を与えないように、前記トランスギャップスペーサの上方及び下方に設けて前記トランス本体を覆うアルミ製のカバー部材(135)をさらに備える、
オゾンガス利用システム。 - 請求項1記載のオゾンガス利用システムであって、
前記オゾン発生装置用の動作電源を供給する電源供給装置(400)をさらに備え、
前記電源供給装置は、
再生可能エネルギー源を利用して前記動作電源を供給する、
オゾンガス利用システム。 - 請求項1記載のオゾンガス利用システムであって、
前記原料ガス供給装置は、
空気中あるいは水から酸素ガスを取り出す酸素抽出装置(32)を含む、
オゾンガス利用システム。 - 請求項1記載のオゾンガス利用システムであって、
前記アプリケーション装置が実行する前記オゾン利用処理は、
前記オゾン処理前物質である水に対する水浄化処理を含む、
オゾンガス利用システム。 - 請求項4記載のオゾンガス利用システムであって、
前記オゾン処理前物質は、船舶(5)で利用される水を含む、
オゾンガス利用システム。 - 請求項1記載のオゾンガス利用システムであって、
前記アプリケーション装置は、
前記オゾン処理後物質を蓄積する処理物蓄積部(22)を有することを特徴とする、
オゾンガス利用システム。 - 請求項1記載のオゾンガス利用システムであって、
前記アプリケーション装置が実行する前記オゾン利用処理は、
海水あるいは大気ガスを前記オゾン処理前物質とした殺菌処理を含む、
オゾンガス利用システム。 - 酸素ガスを含む原料ガスを供給する原料ガス供給装置(300)と、
前記原料ガスからオゾンガスを生成するオゾン発生装置(100)と、
前記オゾンガスを利用して、オゾン処理前物質(91)からオゾン処理後物質(92)を得るオゾン利用処理を実行するアプリケーション装置(200)とを備え、
前記オゾン発生装置は、
供給高周波電圧を生成するインバータ電源(120)と、
前記供給高周波電圧を昇圧して昇圧高周波電圧を得る共振型トランス部(13)と、
前記共振型トランス部より受ける前記昇圧高周波電圧を動作電圧として受け、前記原料ガスから、200g/m3以上のオゾン濃度の前記オゾンガスを生成するオゾン発生器(11)とを含み、
前記共振型トランス部は、前記オゾン発生器の負荷容量と負荷共振型高周波昇圧トランス自身の励磁インダクタンスとを共振させるように設けられた負荷共振型高周波昇圧トランスであり、
前記原料ガス供給装置は、窒素ガスの含有量が0.1%未満の酸素ガスを前記原料ガスとして供給し、前記オゾン発生器は光触媒材料を放電面とし、
前記アプリケーション装置は、
0.2MPa以上の圧力環境下で、200g/m3以上のオゾン濃度の前記オゾンガスを受け、
前記インバータ電源は、10kHz以上の高周波な前記供給高周波電圧を生成し、
前記共振型トランス部は、
前記供給高周波電圧を昇圧して前記昇圧高周波電圧を得るトランス本体(131~133)を備え、
前記トランス本体は一対のトランスコア、トランスモールドコイル及びトランスギャップスペーサを含み、前記トランスギャップスペーサは前記一対のトランスコア間に介挿され、
前記共振型トランス部は、
前記トランス本体との間に冷却空間を確保し、かつ、前記トランス本体の磁束漏れが外部に影響を与えないように、前記トランスギャップスペーサの上方及び下方に設けて前記トランス本体を覆うアルミ製のカバー部材(135)をさらに備える、
オゾンガス利用システム。 - 請求項8記載のオゾンガス利用システムであって、
前記オゾン発生装置用の動作電源を供給する電源供給装置(400)をさらに備え、
前記電源供給装置は、
再生可能エネルギー源を利用して前記動作電源を供給する、
オゾンガス利用システム。 - 請求項8記載のオゾンガス利用システムであって、
前記原料ガス供給装置は、
空気中あるいは水から酸素ガスを取り出す酸素抽出装置(32)と、
前記酸素抽出装置から得た酸素ガスから高純度な酸素ガスを前記原料ガスとして生成する酸素ガス精製機(33)とを含む、
オゾンガス利用システム。 - 請求項8記載のオゾンガス利用システムであって、
前記アプリケーション装置が実行する前記オゾン利用処理は、
前記オゾン処理前物質である水に対する水浄化処理を含む、
オゾンガス利用システム。 - 請求項11記載のオゾンガス利用システムであって、
前記オゾン処理前物質は、船舶(5)で利用される水を含む、
オゾンガス利用システム。 - 請求項8記載のオゾンガス利用システムであって、
前記アプリケーション装置は、
前記オゾン処理後物質を蓄積する処理物蓄積部(22)を有することを特徴とする、
オゾンガス利用システム。 - 請求項8記載のオゾンガス利用システムであって、
前記アプリケーション装置が実行する前記オゾン利用処理は、
海水あるいは大気ガスを前記オゾン処理前物質とした殺菌処理を含む、
オゾンガス利用システム。
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