JPH09299973A

JPH09299973A - 水質浄化装置

Info

Publication number: JPH09299973A
Application number: JP8118041A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Tsuchiya; 昭一土屋
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】浄水効率およびエネルギ効率が高く、しかも
安価な水質浄化装置を得ること。【解決手段】本発明は、太陽電池１６と、太陽電池１
６に並列に接続されたコンデンサ４５と、４個のスイッ
チングトランジスタから構成され、コンデンサ４５の充
電電圧に基づいて、一定周期毎に極性が変化する矩形波
状の交流駆動電圧を生成するスイッチング回路４７と、
上記スイッチング回路４７の４つのスイッチングトラン
ジスタのオン／オフを制御するコントローラ５０と、ス
イッチング回路４７より供給される交流駆動電圧により
駆動され、圧縮空気を三方弁４９へ供給する空気圧縮機
４８とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば湖沼、池、
ダム、溜池、貯水池、河川、用水路、堀、運河、水槽等
において水を浄化する水質浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】湖沼、池、ダム、溜池、貯水池、河川、
用水路、堀、運河、水槽等の浄化対象において、水質汚
染対策として水を浄化する水質浄化装置を設置すること
が行われている。上述した従来の水質浄化装置は、実部
と内部空間部とを有し水面下に配置されるフィルタと、
該フィルタの内部空間部に連通された揚水管を介して該
内部空間部から水を汲み出すことにより実部に外側から
内部空間部側への水流を発生させるポンプと、該ポンプ
を駆動する交流モータと、太陽電池と、この太陽電池に
並列接続されたバッテリと、このバッテリに並列接続さ
れ直流電圧を交流電圧に変換して、該交流電圧を上記交
流モータへ供給するインバータとから構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の水質浄化装置においては、バッテリが用いられてい
るため、次のような欠点があった。（１）バッテリの充電／放電による、エネルギロスが大
きい。（２）交流モータへ供給される電圧がバッテリの端子間
電圧であり、この端子間電圧は太陽電池の最大電力を交
流モータへ供給する電圧ではない。このため、交流モー
タへ供給される駆動電力が太陽電池の発電電力に係わら
ず略一定となってしまい、太陽光の日射量に比例して繁
殖する藻類の量に関係なく、浄水能力が一定となってし
まい、藻類の繁殖量に応じて浄水能力を変化させること
ができず、浄水効率が悪い。（３）バッテリの寿命が短いため、頻繁に交換が必要と
なり、メンテナンスコストが高い。（４）バッテリの使用にあたっては、充電ならびに放電
電流、充電ならびに放電電圧、および使用温度等の制約
条件が多く、使いにくい。（５）充電回路や、過充電／放電保護回路等が必要であ
り、製造コストが高い。さらに、上述した従来の水質浄化装置においては、イン
バータ内に昇圧回路が設けられているため、電力変換効
率が低下するという欠点があった。本発明は、このよう
な背景の下になされたもので、浄水効率およびエネルギ
効率が高く、しかも安価な水質浄化装置を提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、供給される水
を浄化するフィルタと、該フィルタに洗浄すべき水を供
給するポンプと、前記ポンプを駆動する交流モータと、
前記交流モータへ電力を供給する太陽電池とを有する水
質浄化装置において、前記太陽電池に並列接続されたコ
ンデンサと、前記コンデンサの充電電圧から、所定周期
で正方向および負方向に交互に変化する交流電圧を生成
し、該交流電圧を前記交流モータへ出力する交流生成手
段とを具備することを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】

＜第１実施形態＞以下、図面を参照して本発明の実施形
態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に
よる水質浄化装置の外観構成を示す断面図である。この
図において、符号１１で示すものが水質浄化装置であ
る。この水質浄化装置１１は、池あるいは湖沼等の浄化
対象１２に浮遊されて用いられるもので、水に浮せるた
めのフロート１３と、フロート１３の下側に着脱自在に
支持されて水面１２ａ下に配置されるフィルタカートリ
ッジ（フィルタ）１４と、フロート１３の上側に固定さ
れて水面１２ａ上に配置されるコントロールボックス１
５と、該コントロールボックス１５の上面に配置された
太陽電池１６とを有している。

【０００６】フィルタカートリッジ１４は、略円筒状を
なすもので、フロート１３で水面１２ａ下に吊られた状
態において軸線が鉛直方向に沿わされるようになってい
る。そして、このフィルタカートリッジ１４は、円筒状
に形成されるとともに多数の集水孔１８が全面に形成さ
れた外円筒部１９と、該外円筒部１９の内側に同軸状に
配置されるとともに多数の流入孔２１が全面に形成され
た内円筒部２２と、内円筒部２２より小径の取付孔２４
が形成されるとともに外円筒部１９および内円筒部２２
の上端面に外円筒部１９と内円筒部２２との間の隙間の
上方向の開口を閉塞するよう固定された有孔円板状の閉
塞部材２５と、外円筒部１９および内円筒部２２の下端
面にこれらのすべての下方向の開口を閉塞するよう固定
された円板状の閉塞部材２７とを有している。

【０００７】そして、閉塞部材２５，２７で閉塞される
外円筒部１９と内円筒部２２との間の隙間には、集水孔
１８および流入孔２１より径大の木炭等の濾過材が充填
されしかも有機物を分解する好気性の微生物が担持され
て処理槽（実部）３０が形成されている。上側の閉塞部
材２５の取付孔２４には、閉塞部材２５，２７および内
円筒部２２で画成される内部空間部３１内に延在する円
筒状の揚水管３３が、内円筒部２２と同軸をなしかつそ
の外周面が内円筒部２２の内周面と所定の間隔をあけた
状態で嵌合固定されており、これにより、内部空間部３
１は処理槽３０または揚水管３３を介する以外での外部
への連通が不可とされている。

【０００８】揚水管３３は、内部空間部３１内における
閉塞部材２７の若干上側位置に下端開口部３４を開口さ
せており、上端開口部３５を、フィルタカートリッジ１
４とフロート１３との間の外部に開口する隙間に連通す
るよう閉塞部材２５から上方向に開口させている。揚水
管３３には、円筒状のエア排出管３７が隙間をもって挿
通されており、該エア排出管３７は、下端開口の排出口
３８が揚水管３３内において下端開口部３４より若干上
側の中間所定位置に位置され、上部側が揚水管３３より
上方に延出されコントロールボックス１５に導かれた状
態で設けられている。

【０００９】閉塞部材２７の上面位置には、円筒状のエ
ア噴出管４０が先端側を該上面に沿わせて設けられてい
る。このエア噴出管４０には、その内部を外部に連通さ
せるエア噴出孔４１が、処理槽３０の下端位置すなわち
外円筒部１９と内円筒部２２との間に複数形成されてい
る。このエア噴出管４０は、基端側がコントロールボッ
クス１５に連結されている。なお、エア噴出管４０を外
円筒部１９と内円筒部２２との間の閉塞部材２７の上面
位置で一つまたは複数の輪状に形成し、その円周方向に
エア噴出孔４１を複数形成するようにしてもよい。

【００１０】ここで、図１に示す水質浄化装置１１のコ
ントロールボックス１５内の電気的構成を図２および図
３を参照して説明する。図２は、図１に示すコントロー
ルボックス１５内の電気的構成を示すブロック図であ
り、図３は、図２に示すコントロールボックス１５内の
電気的構成を示す回路図である。

【００１１】図２において、太陽電池１６は、図４に曲
線ＡおよびＢで示す電気的特性を有している。曲線Ａ
は、太陽電池１６に照射される太陽光の日射量がワット
換算で６００Ｗ／ｍ²のときにおける太陽電池１６の電
圧ー電流特性を示す特性曲線である。この曲線Ａから判
るように、太陽電池１６は、短絡電流（電圧＝０Ｖ）が
約２．２Ａの一定電流を出力するという、定電流的特性
を有している。また、上記曲線Ａおよび同図に実線で示
す、８００Ｗ／ｍ²、１０００Ｗ／ｍ²の各特性曲線から
判るように、太陽電池１６は、太陽光の日射量が多くな
るに従って、その出力電流が大きくなるという特性を有
している。

【００１２】他方、曲線Ｂは、曲線Ａと同様にして太陽
光の日射量がワット換算で６００Ｗ／ｍ²のときにおけ
る電圧ー電力特性を示す特性曲線である。

【００１３】図２において、４５は、太陽電池１６に並
列接続（図３参照）されたコンデンサであり、太陽電池
１６の出力電流ＩBが充電される。このコンデンサ４５
としては、後述するスイッチングトランジスタＴr1〜Ｔ
r4のスイッチング動作の１サイクル内において充放電さ
れても、その充電電圧Ｖoの変化がほとんど無視できる
ほどの大容量（例えば、２２０００μＦ）のものが用い
られている。４７は、太陽電池１６（コンデンサ４５）
に並列接続されたスイッチング回路であり、コンデンサ
４５の充電電圧Ｖoから、一定周期で正および負方向に
変化する矩形波状の交流駆動電圧Ｖ1（図５参照）を生
成する。この交流駆動電圧Ｖ1の周波数は、例えば、５
０Ｈｚである。

【００１４】上記スイッチング回路４７は、図３に示す
スイッチングトランジスタＴr1〜Ｔr4、およびダイオー
ドＤ1〜Ｄ4から構成されている。上記スイッチングトラ
ンジスタＴr1およびＴr4は、スイッチングトランジスタ
Ｔr1のエミッタとスイッチングトランジスタＴr4のコレ
クタとが接続されるようにして直列接続されている。こ
のスイッチングトランジスタＴr1のコレクタとエミッタ
との間には、ダイオードＤ1が介挿されている。すなわ
ち、スイッチングトランジスタＴr1のコレクタには、ダ
イオードＤ1のカソードが接続されており、他方、スイ
ッチングトランジスタＴr1のエミッタには、ダイオード
Ｄ1のアノードが接続されている。また、スイッチング
トランジスタＴr4には、上記スイッチングトランジスタ
Ｔr1と同様にして、ダイオードＤ4が並列接続されてい
る。

【００１５】また、スイッチングトランジスタＴr3およ
びＴr2は、スイッチングトランジスタＴr3のエミッタと
スイッチングトランジスタＴr2のコレクタが接続される
ようにして直列接続されている。このスイッチングトラ
ンジスタＴr3およびＴr2から構成される直列回路と、上
述したスイッチングトランジスタＴr1およびＴr4から構
成される直列回路とは、コンデンサ４５に並列接続され
ている。

【００１６】５０は、コントローラであり、スイッチン
グ回路４７のスイッチングトランジスタＴr1〜Ｔr4のオ
ン／オフを制御し、具体的には、ベースＢ1およびＢ2
と、ベースＢ3およびＢ4とへ一定時間間隔でオン信号を
供給する。

【００１７】４８は、圧縮空気を吐出する空気圧縮機で
あり、スイッチングトランジスタＴr1のエミッタとスイ
ッチングトランジスタＴr3のエミッタとの間の電位差、
すなわち、上述した交流駆動電圧Ｖ1により駆動され
る。この空気圧縮機４８は、ダイアフラムが往復駆動さ
れることにより、空気圧縮が行われる電磁式のものであ
り、図４に負荷曲線Ｃで示す電気的特性を有している。
この負荷曲線Ｃは、空気圧縮機４８の入力電圧と出力
（電力）との関係を示す曲線である。

【００１８】図２に示す４９は、三方弁であり、空気圧
縮機４８より吐出される圧縮空気を、エア排出管３７の
みに連通させる状態と、エア噴出管４０のみに連通させ
る状態とに選択的に切り換える。この切り換え動作は、
図示しない弁切換制御装置によりなされる。

【００１９】次に、上述した第１実施形態による水質浄
化装置１１の動作について説明する。ここでは、図示し
ない弁切換制御装置により図２に示す三方弁４９がエア
排出管３７側に切り換えられているものとする。まず、
早朝において太陽が昇ると、図１に示す太陽電池１６の
表面には、太陽光が照射され、図３に示す太陽電池１６
からは、出力電流ＩB（例えば、２．２Ａの一定電流）
が出力され、この出力電流ＩBは、コンデンサ４５に充
電される。これにより、コンデンサ４５の充電電圧Ｖo
が上昇する。

【００２０】次に、コントローラ５０は、図５に示す時
刻ｔ1aにおいて、図３に示すスイッチングトランジスタ
Ｔr1およびＴr2のベースＢ1およびＢ2へオン信号を出力
する。これにより、スイッチングトランジスタＴr1およ
びＴr2がオンとされ、コンデンサ４５の充電電圧Ｖo
が、正の電圧（図５参照）として空気圧縮機４８へ印加
される。この結果、コンデンサ４５からは放電電流Ｉc
が流れ、該放電電流Ｉcと出力電流ＩBの一部との合成電
流、すなわち、駆動電流ＩMがスイッチングトランジス
タＴr1→空気圧縮機４８→スイッチングトランジスタＴ
r2という経路で流れる。この駆動電流ＩMは、空気圧縮
機４８が誘導性負荷であるため、図５に示す時刻ｔ1aで
ゼロであって、右上がりで上昇して時刻ｔ2aで最大とな
るという、周知のインダクタンスの過渡現象と同様の特
性を示す。

【００２１】これにより、空気圧縮機４８が駆動され、
図２に示すエア排出管３７に所定量のエアが供給され、
該エアは、図１に示すエア排出管３７のエア排出口３８
から噴出され、気泡となって、揚水管３３内で下から上
へ移動し、よって、揚水管３３内には、同図上方へ流れ
る水流が生じる。これにより、揚水管３３の下端開口部
３４から内部空間部３１内の水が汲み上げられ、該水は
上部開口部３５から外部に排出される。

【００２２】これにより、強制的にフィルタカートリッ
ジ１４の側部外側の水すなわち特にアオコ等の藻類を多
く含む水面１２ａ近傍の水が、外円筒部１９の集水孔１
８から処理槽３０に至り該処理槽３０を半径方向内方に
通過して内円筒部２２の流入孔２１から内部空間部３１
に至る。そして、上記処理槽３０通過時に、処理槽３０
を構成する濾過材に、アオコ等の藻類や有機質浮遊物
質、溶解性有機物質等が吸着されることで水が浄化され
る。ここで、濾過材に吸着された上記物質等は、該濾過
材に担持された好気性微生物により分解される。このよ
うにして、処理槽３０で浄化された水が揚水管３３から
外部に再び排出され、このような水の環流で浄化対象１
２が浄化される。

【００２３】そして、図５に示す一定時間Ｔ1a（例え
ば、０．０１秒）が経過すると、すなわち、時刻がｔ2a
になると、図３に示すコントローラ５０は、スイッチン
グトランジスタＴr1およびＴr2のベースＢ1およびＢ2に
対するオン信号の出力を停止する。これにより、スイッ
チングトランジスタＴr1およびＴr2が各々オフとされ
る。このとき、空気圧縮機４８のコイル（図示略）には
逆起電力が発生しており、この逆起電力により、空気圧
縮機４８（コイル）→ダイオードＤ1→コンデンサ４５
→ダイオードＤ2→空気圧縮機４８という経路で、同図
に示す矢印と逆方向に駆動電流ＩMが流れる。すなわ
ち、時刻ｔ2a（図５参照）においては、一瞬、コンデン
サ４５に駆動電流ＩMが充電される。

【００２４】また、時刻ｔ2aにおいて、コントローラ５
０は、今度は、図３に示すスイッチングトランジスタＴ
r3およびＴr4のベースＢ3およびＢ4へオン信号を出力す
る。これにより、スイッチングトランジスタＴr3および
Ｔr4がオンとされる。これにより、コンデンサ４５の充
電電圧Ｖoが、負の電圧（図５参照）として空気圧縮機
４８へ印加される。この結果、同図に示す方向へ駆動電
流ＩMがコンデンサ４５→スイッチングトランジスタＴr
3→空気圧縮機４８→スイッチングトランジスタＴr4→
コンデンサ４５という経路で流れる。

【００２５】そして、今、時刻ｔ2aから一定時間経過後
の時刻ｔ3aになると、コントローラ５０は、スイッチン
グトランジスタＴr3およびＴr4のベースＢ3およびＢ4に
対するオン信号の出力を停止する。これにより、スイッ
チングトランジスタＴr3およびＴr4が各々オフとされ
る。このとき、前述した動作と同様にして、空気圧縮機
４８のコイルの逆起電力により、空気圧縮機４８→ダイ
オードＤ3→コンデンサ４５→ダイオードＤ4→空気圧縮
機４８という経路で同図に示す矢印と逆方向に駆動電流
ＩMが流れ、コンデンサ４５が充電される。以後、上述
した動作が繰り返され、空気圧縮機４８には、図５に示
すように、コンデンサ４５の充電電圧Ｖoの符号が一定
時間Ｔ1a毎に正／負に変化する交流駆動電圧Ｖ1が印加
される。この交流駆動電圧Ｖ1は、振幅が充電電圧Ｖoで
あって、かつ１周期が０．０２秒（２×Ｔ1a）であるこ
とから周波数が５０Ｈｚとされている。

【００２６】そして、日中になり、太陽光の日射量が増
加すると、水面１２ａ（図１参照）付近のアオコ等の藻
類が増殖する。また、上記日射量の増加により、図３に
示す太陽電池１６の出力電流ＩBが増加し、これにより
コンデンサ４５の充電電圧Ｖoが上昇する。このコンデ
ンサ４５の充電電圧Ｖoが上昇すると、空気圧縮機４８
へ供給されている交流駆動電圧Ｖ1の振幅（充電電圧Ｖ
o）が大きくなり、従って、空気圧縮機４８の出力が増
加する。

【００２７】すなわち、図１に示す外円筒無１９の集水
孔１８から、処理槽３０を介して内円筒部２２の流入孔
２２までを流れる水の量が増加し、この結果、水質浄化
装置１１の浄化能力が向上する。つまり、水質浄化装置
１１の浄化能力は、太陽光の日射量に応じて変化する。

【００２８】以上説明したように、上述した第１実施形
態による水質浄化装置によれば、太陽光の日射量に応じ
て空気圧縮機４８の出力、すなわち、浄化能力が変化す
るため、上記日射量に応じて発生量が変化するアオコ等
の藻類の発生量に応じた浄化をすることができる。ま
た、上述した第１実施形態による水質浄化装置によれ
ば、従来の水質浄化装置のようにバッテリを用いていな
いため、充放電によるエネルギロスがないとともに、過
充放電回路が不要とされるためコストを安くすることが
できるという効果が得られる。

【００２９】また、上述した第１実施形態による水質浄
化装置によれば、太陽電池１６のピーク電力を空気圧縮
機４８へ供給することができるため、アオコ等の藻類の
発生量が多いときに、すなわち、高い浄化能力が必要と
されているときに、そのときの日射量において最大出力
となるように空気圧縮機４８を運転させることができ
る。これは、前述したように空気圧縮機４８が負荷曲線
Ｃで示す特性、すなわち、供給される電圧が約１８Ｖで
ピーク出力となる特性を有していることから、従来のバ
ッテリでは、太陽電池１６がピーク電力を出力している
にも拘らず、１２Ｖしか空気圧縮機４８へ供給されない
ため、６Ｖ（１８ー１２）に相当する電力の損失が生ず
るためである。これに対して、第１実施形態による水質
浄化装置においては、空気圧縮機４８に対して、コンデ
ンサ４５を用いていることにより空気圧縮機４８が最大
出力となる電圧（充電電圧Ｖo）を供給することできる
のである。

【００３０】さらに、上述した第１実施形態による水質
浄化装置によれば、昇圧回路を有するインバータを用い
ていないため、昇圧に伴うエネルギロスがないという効
果が得られる。加えて、上述した第１実施形態による水
質浄化装置によれば、交流式の空気圧縮機４８を用いて
いるため、従来の直流式の空気圧縮機を用いた水質浄化
装置に比して、寿命が長いという効果が得られる。これ
は、交流式の空気圧縮機が直流式のものに比して寿命が
長いことによるものである。

【００３１】＜第２実施形態＞次に、本発明の第２実施
形態による水質浄化装置について図６を参照して説明す
る。図６において、図２の各部に対応する部分には同一
の符号を付け、その説明を省略する。この図６において
は、パルス幅変調回路７０が新たに設けられている。こ
のパルス幅変調回路７０は、前述した図５に示す交流駆
動電圧Ｖ1のパルス幅を制御するものであり、コンデン
サ４５の充電電圧Ｖoの大きさに応じたパルス幅制御信
号Ｓ（図７（ｂ）参照）をコントローラ５０へ出力す
る。

【００３２】この第２実施形態による水質浄化装置の基
本的動作は、上述した第１実施形態による水質浄化装置
と同様である。従って、以下に上述したパルス幅変調回
路７０に関する動作について説明する。図６において、
太陽電池１６により発電が開始されると、充電電圧Ｖo
がパルス幅変調回路７０およびスイッチング回路４７へ
入力される。これにより、パルス幅変調回路７０は、図
示しないこぎり波発生回路より供給される図７（ａ）に
示す一定の繰り返し周期の、のこぎり波信号Ｓnと上記
充電電圧Ｖoとを比較して、図７（ｂ）に示すパルス幅
制御信号Ｓを生成する。

【００３３】上記パルス幅制御信号Ｓは、のこぎり波信
号Ｓn（図７（ａ）参照）において、充電電圧Ｖoのレベ
ルより小の期間に対応する期間Ｔc1が”ハイ”であっ
て、他方、充電電圧Ｖoのレベルより大の期間に対応す
る期間Ｔc2が”ロー”である信号である。すなわち、パ
ルス幅制御信号Ｓは、充電電圧Ｖoの変化に対応して変
化する信号であり、充電電圧Ｖoのレベルが小さくなる
と”ロー”の期間が”ハイ”の期間に比して相対的に長
くなり、他方、充電電圧Ｖoのレベルが大きくなると”
ハイ”の期間が”ロー”の期間に比して相対的に長くな
る。そして、図６に示すパルス幅変調回路７０は、生成
したパルス幅制御信号Ｓをコントローラ５０へ出力す
る。

【００３４】これにより、コントローラ５０は、入力さ
れたパルス幅制御信号Ｓに基づいて、スイッチング回路
４７のスイッチングトランジスタＴr1〜Ｔr4のオン／オ
フを制御する。すなわち、コントローラ５０は、図７
（ｃ）に示す時刻ｔc1で”ハイ”のパルス幅制御信号Ｓ
（図７（ｂ）参照）が入力されると、図３に示すスイッ
チングトランジスタＴr1およびＴr2のベースＢ1および
Ｂ2へオン信号を出力する。これにより、スイッチング
トランジスタＴr1およびＴr2がオンとされる。これによ
り、太陽電池１６の充電電圧Ｖoが、正の電圧（図７
（ｃ）参照）として空気圧縮機４８へ印加される。

【００３５】そして、図７（ｃ）に示す時刻ｔc2におい
てパルス幅制御信号Ｓが”ロー”となると、図６に示す
コントローラ５０は、図３に示すスイッチングトランジ
スタＴr1およびＴr2のベースＢ1およびＢ2へのオン信号
の供給を停止する。これにより、図６に示す空気圧縮機
４８への交流駆動電圧Ｖ1はゼロとなる。

【００３６】そして、図７（ｃ）に示す時刻ｔc3におい
てパルス幅制御信号Ｓが”ハイ”となると、図６に示す
コントローラ５０は、図３に示すスイッチングトランジ
スタＴr3およびＴr4のベースＢ3およびＢ4へオン信号を
出力する。これにより、スイッチングトランジスタＴr3
およびＴr4がオンとされる。これにより、コンデンサ４
５の充電電圧Ｖoが、負の電圧（図７（ｃ）参照）とし
て空気圧縮機４８へ印加される。

【００３７】そして、図７（ｃ）に示す時刻ｔc4におい
て、パルス幅制御信号Ｓが”ロー”となると、図６に示
すコントローラ５０は、図３に示すスイッチングトラン
ジスタＴr3およびＴr4のベースＢ3およびＢ4へのオン信
号の出力を停止する。以後、上述した動作が繰り返さ
れ、図６に示す空気圧縮機４８には、図７（ｃ）に示
す、コンデンサ４５の充電電圧Ｖoの大きさに対応した
パルス幅の交流駆動電圧Ｖ1が供給される。

【００３８】すなわち、上記交流駆動電圧Ｖ1のパルス
幅が小さくなると、図３に示す駆動電流ＩMが小さくな
り、従って、コンデンサ４５の充電電圧Ｖoが上昇す
る。従って、上述した第２実施形態による水質浄化装置
によれば、空気圧縮機４８に供給される交流駆動電圧Ｖ
1のパルス幅を制御することにより、太陽電池１６の出
力電力を制御することができる。

【００３９】＜第３実施形態＞次に、本発明の第３実施
形態による水質浄化装置の構成について図８および図９
を参照して説明する。図８は、本発明の第３実施形態に
よる水質浄化装置のコントロールボックス１５内の電気
的構成を示すブロック図であり、図９は、図８に示すコ
ントロールボックス１５内の電気的構成を示す回路図で
ある。

【００４０】これら図８および図９において、図２およ
び図３の各部に対応する部分には同一の符号を付け、そ
の説明を省略する。図８および図９においては、図２に
示す空気圧縮機４８に代えて空気圧縮機８１ａが、また
図２に示すコンデンサ４５に代えてコンデンサ４５ａが
設けられており、さらに、スイッチング回路８０、空気
圧縮機８１ｂ、エア排出管３７’、エア噴出管４０’お
よび三方弁４９’が新たに設けられている。

【００４１】図８に示すコンデンサ４５ａの容量は、図
２に示すコンデンサ４５の４分の１とされている。空気
圧縮機８１ａは、その基本的な構成が図２に示す空気圧
縮機４８と同一とされているが、容量が空気圧縮機４８
の２分の１とされており、かつスイッチングトランジス
タＴr1のエミッタとスイッチングトランジスタＴr3のエ
ミッタとの間の電位差（交流駆動電圧Ｖ11）により駆動
される。

【００４２】スイッチング回路８０は、図９に示すよう
に太陽電池１６に並列接続されており、基本的な構成が
スイッチング回路４７と同一である。すなわち、スイッ
チング回路８０は、スイッチングトランジスタＴr1b〜
Ｔr4b、およびダイオードＤ1b〜Ｄ4bから構成されてお
り、各スイッチングトランジスタＴr1b〜Ｔr4bのオン／
オフは、コントローラ５０により制御される。

【００４３】図９に示す空気圧縮機８１ｂは、スイッチ
ングトランジスタＴr1bのエミッタとスイッチングトラ
ンジスタＴr3bのエミッタとの間の電位差（交流駆動電
圧Ｖ22）により駆動される。また、図８に示すエア排出
管３７’、エア噴出管４０’および三方弁４９’は、同
図に示すエア排出管３７、エア噴出管４０および三方弁
４９と同一の構成である。上記三方弁４９’は、空気圧
縮機８１ｂより吐出される圧縮空気を、エア排出管３
７’のみに連通させる状態と、エア噴出管４０’のみに
連通させる状態とに選択的に切り換える。この切り換え
動作は、図示しない弁切換制御装置によりなされる。

【００４４】また、この第３実施形態による水質浄化装
置においては、図１に示すフロート１３より下の部分と
同一構成（以下、浄化ユニットと称する）のものが、同
図に示す水質浄化装置１１に併設されており、上記浄化
ユニット内には、図８に示すエア排出管３７’およびエ
ア噴出管４０’の末端部分が設けられている。

【００４５】次に、上述した第３実施形態による水質浄
化装置の動作について説明する。この第３実施形態によ
る水質浄化装置の基本的動作は、前述した第１実施形態
による水質浄化装置とほぼ同様である。ここでは、図示
しない弁切換制御装置により図８に示す三方弁４９およ
び４９’がエア排出管３７および３７’側に共に切り換
えられているものとする。まず、図９に示す太陽電池１
６に太陽光が照射されると、前述した動作と同様にし
て、コンデンサ４５ａには、出力電流ＩBが充電され
る。

【００４６】そして、今、図１０（ａ）に示す時刻ｔd1
において、図９に示すコントローラ５０は、スイッチン
グ回路４７のスイッチングトランジスタＴr1およびＴr2
のベースＢ1およびＢ2へオン信号を出力する。これによ
り、スイッチングトランジスタＴr1およびＴr2がオンと
され、空気圧縮機８１ａには、コンデンサ４５ａの充電
電圧Ｖoが、正の電圧（図１０（ａ）参照）として印加
される。

【００４７】他方、図１０（ｂ）に示す時刻ｔd1におい
ては、すでに、図９に示すコントローラ５０により、ス
イッチング回路８０のスイッチングトランジスタＴr3b
およびＴr4bがオンとされているものとする。従って、
空気圧縮機８１ｂには、図１０（ｂ）に示す極性が負で
ある交流駆動電圧Ｖ22が印加されている。

【００４８】このことから、図１０に示す時刻ｔd1にお
いて、図９に示す空気圧縮機８１ａには、コンデンサ４
５ａ→スイッチングトランジスタＴr1→空気圧縮機８１
ａ→スイッチングトランジスタＴr2→コンデンサ４５ａ
という経路で流れる駆動電流ＩM1（図１１（ａ）参照）
が供給される。他方、上記時刻ｔd1において、空気圧縮
機８１ｂには、コンデンサ４５ａ→スイッチングトラン
ジスタＴr3b→空気圧縮機８１ｂ→スイッチングトラン
ジスタＴr4b→コンデンサ４５ａという経路で流れる駆
動電流ＩM2（図１１（ｂ）参照）が供給される。つま
り、図９に示すコンデンサ４５ａより供給される駆動電
流ＩMは、上述した駆動電流ＩM1と駆動電流ＩM2との合
成電流である。

【００４９】そして、今、図１０（ｂ）に示す時刻ｔd2
になると、図９に示すコントローラ５０は、スイッチン
グ回路８０のスイッチングトランジスタＴr3bおよびＴr
4bのベースＢ3bおよびＢ4bへのオン信号の供給を停止す
る。これにより、スイッチングトランジスタＴr3bおよ
びＴr4bが各々オフとされ、前述した動作と同様にし
て、空気圧縮機８１ｂのコイルに発生している逆起電力
により、空気圧縮機８１ｂ（コイル）→ダイオードＤ3b
→コンデンサ４５ａ→ダイオードＤ4b→空気圧縮機８１
ｂという経路で、同図に示す矢印と逆方向へ駆動電流Ｉ
M2が流れる。

【００５０】また、図９に示すコントローラ５０は、時
刻ｔd2において、今度は、スイッチング回路８０のスイ
ッチングトランジスタＴr1bおよびＴr2bのベースＢ1bお
よびＢ2bへオン信号を供給する。これにより、スイッチ
ングトランジスタＴr1bおよびＴr2bがオンとされ、図１
０（ｂ）に示すように、交流駆動電圧Ｖ22の極性が反転
（負から正）する。

【００５１】そして、図１０（ａ）に示す時刻ｔd3にな
ると、図９に示すコントローラ５０は、スイッチング回
路４７のスイッチングトランジスタＴr1およびＴr2のベ
ースＢ1およびＢ2に対するオン信号の供給を停止する。
これにより、前述した動作と同様にして、空気圧縮機８
１ａのコイルの逆起電力により、空気圧縮機８１ａ（コ
イル）→ダイオードＤ1→コンデンサ４５ａ→ダイオー
ドＤ2→空気圧縮機８１ａという経路で、同図に示す矢
印と逆方向へ駆動電流ＩM1が流れる。

【００５２】また、時刻ｔd3においては、コントローラ
５０は、スイッチング回路４７のスイッチングトランジ
スタＴr3およびＴr4のベースＢ3およびＢ4へオン信号を
供給する。これにより、スイッチングトランジスタＴr3
およびＴr4がオンとされ、図１０（ａ）に示すように、
交流駆動電圧Ｖ11の極性が反転（正から負）する。つま
り、図１０（ａ）および（ｂ）から判るように、交流駆
動電圧Ｖ11は、交流駆動電圧Ｖ22よりも位相がπ／２だ
け進んでいる。すなわち、交流駆動電圧Ｖ11と交流駆動
電圧Ｖ22との位相差は、π／２とされている。

【００５３】ここで、図９に示す駆動電流ＩM1およびＩ
M2の波形を図１１（ａ）および（ｂ）に示す。この図か
らわかるように、上述した交流駆動電圧Ｖ11およびＶ22
と同様にして、駆動電流ＩM1は、駆動電流ＩM2よりも位
相がπ／２だけ進んでいる。また、図１１（ａ）に斜線
で示す駆動電流ＩM1の電荷量Ｓは、図３に示す駆動電流
ＩMの電荷量に比して２分の１の大きさである。これ
は、図９に示す空気圧縮機８１ａの容量が、図３に示す
空気圧縮機４８の容量の２分の１とされていることによ
るものである。

【００５４】また、図１１（ｃ）に示す駆動電流ＩM
（図９参照）の波形は、図１１（ａ）に示す駆動電流Ｉ
M1の波形と図１１（ｂ）に示す駆動電流ＩM2の波形とが
合成されたものである。ここで、図１１（ａ）に斜線で
示す電荷量Ｓに対して、図１１（ｃ）に斜線で示す電荷
量は、Ｓ／２である。この電荷量Ｓ／２は、図９に示す
コンデンサ４５ａの容量に対応している。このことか
ら、コンデンサ４５ａの容量は、図９に示す駆動電流Ｉ
Mの電荷量が、図３に示す駆動電流ＩMの電荷量の４分の
１であることから、図３に示すコンデンサ４５の容量の
４分の１ですむことになる。

【００５５】以上説明したように、本発明の第３実施形
態による水質浄化装置によれば、空気圧縮機８１ａおよ
び８１ｂに各々印加される交流駆動電圧Ｖ11と交流駆動
電圧Ｖ22との位相差をπ／２としたことにより、第１実
施形態で用いられるコンデンサ４５に比して、コンデン
サ４５ａの容量を４分の１にすることができるという効
果が得られる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
太陽電池から出力される直流電圧の変動に伴って、交流
モータに供給される交流電圧が変動するため、太陽光の
日射量に比例して増殖する水中の藻類を効果的に浄化す
ることができるという効果が得られる。また、本発明に
よれば、従来の水質浄化装置のようにバッテリが用いら
れていないため、メンテナンスコスト等がかからないと
ともに、バッテリの充放電に伴うエネルギロスがないた
め、エネルギ効率が高いという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による水質浄化装置の外
観構成を示す断面図である。

【図２】同第１実施形態による水質浄化装置のコントロ
ールボックス１５内の電気的構成を示すブロック図であ
る。

【図３】図２に示す水質浄化装置のコントロールボック
ス１５内の電気的構成を示す回路図である。

【図４】図２に示す太陽電池１６の電気的特性および空
気圧縮機４８の負荷特性を示す特性図である。

【図５】図３に示す空気圧縮機４８へ供給される交流駆
動電圧Ｖ1の波形を示す波形図である。

【図６】本発明の第２実施形態による水質浄化装置のコ
ントロールボックス１５内の電気的構成を示すブロック
図である。

【図７】図６に示す水質浄化装置のコントロールボック
ス１５内の各部の波形を示す波形図である。

【図８】本発明の第３実施形態による水質浄化装置のコ
ントロールボックス１５内の電気的構成を示すブロック
図である。

【図９】同第３実施形態による水質浄化装置のコントロ
ールボックス１５内の電気的構成を示す回路図である。

【図１０】図９に示す空気圧縮機８１ａおよび８１ｂへ
供給される交流駆動電圧Ｖ11およびＶ22の波形を示す波
形図である。

【図１１】図９に示す水質浄化装置のコントロールボッ
クス１５内の各部の電流波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１４フィルタカートリッジ（フィルタ）１６太陽電池３０処理槽４５、４５ａコンデンサ４７、８０スイッチング回路４８、８１ａ、８１ｂ空気圧縮機５０コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供給される水を浄化するフィルタと、該
フィルタに洗浄すべき水を供給するポンプと、前記ポン
プを駆動する交流モータと、前記交流モータへ電力を供
給する太陽電池とを有する水質浄化装置において、前記太陽電池に並列接続されたコンデンサと、前記コンデンサの充電電圧から、所定周期で正方向およ
び負方向に交互に変化する交流電圧を生成し該交流電圧
を前記交流モータへ出力する交流生成手段と、を具備することを特徴とする水質浄化装置。