JPH1121109A

JPH1121109A - オゾン生成装置

Info

Publication number: JPH1121109A
Application number: JP9176259A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Toda; 雅之戸田; Toshiharu Sato; 利晴佐藤; Tomofumi Miyashita; 朋史宮下
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1999-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】無声放電方式によるオゾン発生は、オゾンの
生成効率が悪く、電力消費量も大きくなる。【解決手段】順変換回路と逆変換回路をもつインバー
タ３から放電管２Ａの電極部に交流電圧を印加するの
に、電力系統からの夜間電力を充電装置１２を介して電
力貯蔵用電池１１に貯蔵し、この貯蔵電力を放電装置１
３を介してインバータ及び補機類２Ｂに電力を供給す
る。さらに、小水力発電、太陽光発電など小規模な発電
設備を電力系統に連系してインバータ又は電力貯蔵用電
池に電力を供給する。また、電力貯蔵用電池又は発電設
備の直流出力をインバータの逆変換回路の直流部に直接
に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上下水道システム
などの水処理システムにおける殺菌、脱臭、脱色等を目
的として使用されるオゾンの生成装置に係り、特に、オ
ゾン発生のための放電を起こさせる電源構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】水処理システムなど、大量にオゾンを消
費する場合に使用されるオゾン生成装置は、無声放電方
式が一般的である。この無声放電方式のオゾン生成装置
は、金属電極間にガラスやセラミック等の誘電体を挟ん
だ放電管を持ち、これに高圧の交流電圧を印加して無声
放電を起こさせる。この無声放電空間には、酸素又は空
気の原料ガスを流通し、この原料ガス中の酸素分子を放
電による電子にて反応させ、オゾンを生成する。

【０００３】一般的なオゾン生成装置の構成を図８に示
す。原料供給系１は、コンプレッサ又はブロワと、除湿
装置又は酸素富化装置等で構成される。オゾン発生容器
２の放電管の形態は、円筒型、平行平板型等にされる。
インバータ３は、放電管に無声放電を起こさせるための
交流電流を供給する。冷却水供給装置４は、放電管に冷
却水を供給し、放電で電極が加熱されるのを防止する。

【０００４】ここで、放電管内で無声放電を生じさせる
ためには、高電圧の交流電源が必要である。近年は、こ
の交流電源としてインバータが使用されることが一般的
である。これはインバータにより６００Ｈｚ〜１ｋＨｚ
程度の周波数にすることにより、より効率的でかつ安全
にオゾンを生成することができるからである。

【０００５】また、インバータとして電源の力率改善な
どのため、電流型インバータが使用されることが多い。
現在の一般的な電源の構成を図９に示す。順変換回路５
は、商用電源などの交流電力を直流電力に変換し、その
直流出力を直流リアクトル６を介することで定電流化す
る。この電流制御は、リアクトル６の出力電流を電流検
出器７で検出し、順変換回路５にフィードバック信号と
して取り込む。

【０００６】逆変換回路８は、順変換回路５側からの直
流電流を交流電流に変換する。昇圧トランス９は、逆変
換回路８からの交流電流を昇圧し、放電管に供給する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】オゾンは水処理分野に
おいて、脱臭、脱色、ＣＯＤの除去等の効果に優れ、ま
た、殺菌効果としても効果があり、トリハロメタン等の
副生成物が心配される塩素殺菌を減らすためにも期待さ
れている。

【０００８】ところが、オゾンの生成効率は非常に悪
く、投入した放電電力の数％がオゾン生成に寄与するの
みである。このため、「オゾンは効果があるが、高い」
という見方が一般的である。また、その電力が大きいた
め、既存の施設に導入する際して、ピーク時の電力消費
が契約電力を越えてしまう恐れもある。

【０００９】本発明の目的は、電力供給の効率を高めな
がら均等化できるオゾン生成装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、電力系統から
の夜間電力を電力貯蔵用電池により貯蔵した電力又は小
水力、太陽光等で発電する発電設備からの電力を利用し
てオゾンを生成することで電力の均等化と電力系統から
の買電電力量を減らし、さらに、電力貯蔵用電池又は発
電設備に貯蔵する電力をインバータの直流部から直接に
給電することにより、電池からオゾン生成装置までに入
る電力変換器での損失を減らして電力変換効率を高める
もので、以下の構成を特徴とする。

【００１１】（１）順変換回路と逆変換回路をもつイン
バータから電極部に交流電圧を印加する無声放電方式に
より原料ガスからオゾンを生成するオゾン生成装置にお
いて、電力系統からの夜間電力を充電装置を介して貯蔵
し、この貯蔵電力を放電装置を介して前記インバータに
電力を供給する電力貯蔵用電池を備えたことを特徴とす
る。

【００１２】（２）小水力発電、太陽光発電など小規模
な発電設備を電力系統に連系して前記インバータ又は電
力貯蔵用電池に電力を供給することを特徴とする。

【００１３】（３）前記電力貯蔵用電池又は発電設備の
直流出力を前記インバータの逆変換回路の直流部に直接
に供給することを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）図１にオゾン生成装置と電池の組み
合わせになる電源構成を示す。本実施形態は、一般的な
オゾン生成装置と一般的な電池を組み合わせたものであ
る。

【００１５】電力貯蔵用電池１１は、電力系統からの交
流電力を交流→直流の変換機能をもつ充電装置１２によ
り直流に変換して充電される。この充電は、夜間電力を
使って行われる。

【００１６】これに対して、昼間には電池１１の貯蔵電
力を直流→交流の変換機能をもつ放電装置１３により交
流電力に変換してインバータ（順変換回路と逆変換回
路）３に供給し、オゾン発生容器２の放電管２Ａに供給
する。また、ブロワやポンプ、計測器等の補機類２Ｂに
も供給する。

【００１７】なお、図中のスイッチは、手動またはタイ
マー等による自動運転で切り替えられる。また、電池１
１の電力を放電装置１３を介して電力供給系統へ返す場
合もある。さらにまた、電池１１の容量が少ない場合に
は電力系統と連系した給電を行う場合もある。

【００１８】本実施形態によれば、夜間の余剰電力を使
って昼間にオゾン生成装置に電力供給を行うことがで
き、ランニングコストを低下させることができる。ま
た、昼間の電力系統からの受電量が減り、受電電力の均
等化を図ることができる。

【００１９】なお、オゾン生成装置が夜間も運転される
場合には、電力系統から給電される。

【００２０】（第２の実施形態）図２にオゾン生成装置
と電池及び発電機の組み合わせになる電源構成を示す。
本実施形態は、図１の構成に、小水力発電や風力発電等
の小電力発電機１４を組み合わせた場合である。

【００２１】発電機１４が風力発電機など、交流を発生
する場合、一度直流にした後に交流に逆変換して周波数
を合わせ、系統接続器１５により連系接続する。

【００２２】また、発電機１４が太陽光発電、燃料電池
などでは発生する電気が直流のため、交流への逆変換の
みで系統に連系接続する。

【００２３】本実施形態では、太陽光発電などの発電機
からの発電電力を利用でき、第１の実施形態の作用効果
に加えて、買電電力を減らし、オゾン生成コストを一層
下げることができる。

【００２４】（第３の実施形態）図３に構成を示す。本
実施形態では、第２の実施形態に類似して、一般的なオ
ゾン生成装置と発電機及び電池で構成されるが、発電機
１４で発電した電力を充電装置１２を介して電池１１に
貯蔵し、さらには必要な時に系統に送る。発電機１４に
よる発電が不十分な場合は系統から電源の供給を受け
る。

【００２５】本実施形態では、発電機１４が風力発電や
小水力発電など夜間にも発電可能な電源の場合、この発
電電力を電池１１に貯蔵しておくことにより、夜間電力
の買電電力量を減らし、発電機の有効活用ができる。

【００２６】（第４の実施形態）図４に構成を示す。本
実施形態は、図１の構成に対して、電池の出力をインバ
ータ３の直流部へ結合する点が異なる。

【００２７】すなわち、電池１１からは図１の放電装置
１３を介することなく、インバータ３を構成する順変換
回路５と逆変換回路８の間を構成する直流部に直接に供
給する。このとき、電力系統から順変換回路５への給電
路が切り離される。

【００２８】本実施形態では、電池１１から放電すると
きに放電装置を介さず、また、オゾン生成装置が電力を
受けるときには順変換回路を介さない。これにより、放
電装置１３及び順変換回路５による電力変換に伴う電力
損失の発生が無くなり、電力効率を高めることができ
る。

【００２９】なお、図４の構成において、電池１１と並
列に小規模な発電機を設けて直流部に給電することも可
能である。この場合、太陽光発電などは電池１１の補助
をする形で使用可能であり、小水力発電は電池の補助の
他、夜間電池の充電にも使用可能となる。

【００３０】（第５の実施形態）図４の構成において、
インバータの直流部へは、直流電源（電池１１や太陽光
発電装置）１６からの給電と、順変換回路５からの給電
との直流回路の切り替えが必要となる。本実施形態は、
この切り替え方式である。

【００３１】その１つの例を図５に示す。切り替えスイ
ッチ１７Ａ、１７Ｂは、時間を決めるか、又は電池１１
の出力電圧を検出してこれが一定レベルに下がった時、
オゾン発生装置の運転を一時停止し、手動で切り替え
る。

【００３２】この切り替えを自動化した他の例を図６に
示す。直流部への給電を切り替えるためのスイッチには
電磁接触器１８Ａ、１８Ｂを設ける。コントロールボッ
クス１９は、オゾン生成装置の出力設定及び直流電源１
６の出力を検出する電流計と電圧計からの信号を取り込
み、タイマと組み合わせたシーケンサにより電磁接触器
１８Ａ，１８Ｂを制御する。

【００３３】直流部の切り替えを自動化した他の例を図
７に示す。同図が図５と異なる部分は、直流部分の結合
を、スイッチ１７Ａ，１７Ｂに代えて、ダイオード２０
Ａ，２０Ｂを介して行う点にある。これにより、直流電
源１６の出力が低下した場合、系統からの給電に自動的
に切り替えられる。この構成では、コントロールボック
ス等が不要になり、切り替え回路を簡略化できる。

【００３４】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、電力貯
蔵用電池又は小電力発電設備からの電力をオゾン生成の
ための電力に利用するため、以下の効果がある。

【００３５】（１）オゾン生成装置に電力貯蔵用電池を
使用することで、夜間の余剰電力を使用し、ランニング
コストを低下させると共に、施設の最大使用電力を上げ
ずにオゾン生成装置を導入することができる。

【００３６】（２）太陽光発電、小水力発電等と組み合
わせることにより、トータルの消費電力の低減が期待で
きる。

【００３７】（３）下水処理、工場排水処理、プールの
水処理など昼間の負荷が大きい施設においては大きな効
果が期待できる。

【００３８】（４）オゾン生成装置の直流部分に直接電
池から給電することで変換回路を省き、従来から問題に
なっていた電力変換による損失を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示すオゾン生成装置と電池
の組み合わせ構成。

【図２】本発明の他の実施形態を示すオゾン生成装置と
電池及び発電機の組み合わせ構成（その１）

【図３】本発明の他の実施形態を示すオゾン生成装置と
電池及び発電機の組み合わせ構成（その２）

【図４】本発明の他の実施形態を示す電力の出力をイン
バータの直流部へ結合する構成。

【図５】図４における直列部分の接続構成（その１）。

【図６】図４における直列部分の接続構成（その２）。

【図７】図４における直列部分の接続構成（その３）。

【図８】一般的なオゾン生成装置の概念図。

【図９】一般的な電源の概念図。

【符号の説明】

２Ａ…放電管３…インバータ５…順変換回路８…逆変換回路１１…電力貯蔵用電池１２…充電装置１３…放電装置１４…小電力発電設備１５…系統接続器１６…直流電源１９…コントロールボックス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】順変換回路と逆変換回路をもつインバー
タから電極部に交流電圧を印加する無声放電方式により
原料ガスからオゾンを生成するオゾン生成装置におい
て、電力系統からの夜間電力を充電装置を介して貯蔵し、こ
の貯蔵電力を放電装置を介して前記インバータに電力を
供給する電力貯蔵用電池を備えたことを特徴とするオゾ
ン生成装置。
【請求項２】小水力発電、太陽光発電など小規模な発
電設備を電力系統に連系して前記インバータ又は電力貯
蔵用電池に電力を供給することを特徴とする請求項１に
記載のオゾン生成装置。
【請求項３】前記電力貯蔵用電池又は発電設備の直流
出力を前記インバータの逆変換回路の直流部に直接に供
給することを特徴とする請求項１又は２に記載のオゾン
生成装置。