WO2016059942A1 - ３相交流直流変換装置及びそれを用いた光化学反応装置と方法並びにラクタムの製造方法 - Google Patents

３相交流直流変換装置及びそれを用いた光化学反応装置と方法並びにラクタムの製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a three-phase AC / DC converter for driving a group of light-emitting diodes (hereinafter also referred to as LEDs), a photochemical reaction device and method using the three-phase AC / DC converter, and a photochemical reaction thereof.
  • the present invention relates to a method for producing a lactam using the method.
  • a three-phase full-wave rectifier circuit has been used for three-phase AC rectification.
  • Va ⁇ Vc voltage of three-phase
  • a smoothing capacitor C added to the output side is a three-phase full-wave rectifier circuit with a smoothing capacitor as shown in FIG. According to this, although the output wave is further stabilized as shown in FIG. 3, the electricity stored in the smoothing capacitor C returns to the AC side through the circuit that is most likely to flow at that time. It becomes an ear shape and causes troubles due to harmonics.
  • FIG. 5 illustrates an inverter drive circuit based on PWM control.
  • the PWM signal outputs a desired waveform by comparing the waveform as an input signal with a desired waveform set in advance and measuring the difference between them to determine the on / off timing and width of the switches S1 and S2. Technology. As shown in the figure, an output waveform close to a desired waveform set on the input side can be obtained.
  • each waveform of i a , i b , and ic is made a sine wave
  • Control is performed by a computer so as to control to minimize the phase difference from the voltage on the primary AC side.
  • the current is normally rectified by a bridge circuit and a capacitor, but switching for constant voltage control is performed while performing rectification on the secondary side by rectifying using a switching element under PWM control.
  • the current waveform is synchronized with the primary voltage, and it is possible to eliminate waveform distortion such as primary harmonics, noise, and high frequencies. This makes it possible to remove harmonics and noise superimposed on the primary side transformer.
  • the output voltage on the secondary side can be controlled at a constant level, the accuracy of the constant voltage on the secondary side can be improved.
  • the transformer on the primary side can be a sine wave, and a voltage drop can be suppressed.
  • Driving an LED requires a DC power supply, and it is essential to maintain the DC voltage fluctuation range within the LED lighting voltage range due to the characteristics of the LED. However, since the range is narrow, the accuracy required to maintain the voltage is required. Will be. In order to drive a large number of LEDs, for example, in order to drive a large number of LED groups, a large number of constant current devices are required. However, waveform distortion due to noise, high frequency, and the like increases accordingly. When a general diode converter is used as a three-phase AC / DC converter for driving the LED group, harmonics, high frequencies and noise are generated in the primary side transformer, resulting in a power supply voltage drop. As a result, the output voltage on the secondary side for driving the LED group also decreases, and as a result, there is a possibility of causing a situation below the minimum voltage required for the LED group. A phenomenon may occur, and it has been difficult to maintain continuous lighting.
  • an object of the present invention is a three-phase alternating current that can be used to drive a large-capacity light emitting diode group, particularly 3 kW or more, with one unit, and can eliminate the possibility of the occurrence of light-emitting diode extinction or blinking phenomenon.
  • the object is to provide a DC converter.
  • Another object of the present invention is to provide a photochemical reaction device and method having a light irradiation device equipped with the three-phase AC / DC converter as described above, and a lactam production method using the photochemical reaction method.
  • a three-phase AC / DC converter is a power source provided between a three-phase AC power source and the light-emitting diode group in order to drive a light-emitting diode group of 3 kw or more with one unit.
  • a three-phase AC / DC converter incorporated in a circuit, DC bus connected to the light emitting diode group, A three-phase full bridge comprising a pair of switching elements connected in series and connected in parallel between the DC buses for three phases of the three-phase AC power source, and having a reverse blocking diode in which each switching element is connected in parallel Circuit, A reactor provided between the three-phase full-bridge circuit and the three-phase AC power source, and connecting a connection portion between the switching elements in each of the pair of switching elements and a corresponding phase of the three-phase AC power source; A smoothing capacitor connected between the DC buses on the output side of the three-phase full-bridge circuit; DC voltage detecting means for detecting an output voltage between the DC buses; Power supply voltage phase detection means for detecting a power supply voltage phase of the three-phase AC power supply; Pulse width modulation means for outputting a pulse width modulation signal for controlling each of the switching elements, The pulse width modulation means outputs the pulse width modulation signal based on the power supply voltage phase and the output voltage
  • Such a three-phase AC / DC converter by using a converter composed of a three-phase full-bridge circuit in which a switching element capable of PWM control is combined with a DC conversion unit, High frequency, noise, and high frequency generated on the primary side can be corrected to obtain a power waveform without distortion, and a voltage drop at the primary side transformer (reactor) is suppressed. Also, by using constant voltage control that can control the DC voltage on the secondary side to a constant level, PWM control is applied to a three-phase full bridge circuit that combines switching elements, and a smoothing capacitor is provided on the output side.
  • a plurality of constant current circuits for controlling the current to the light emitting diode group to be constant are provided in parallel on the output side of the three-phase full bridge circuit.
  • the plurality of constant current circuits may be arranged according to the installation form of the light emitting diode groups, and may be arranged at a position immediately before each light emitting diode group of the power supply circuit to each light emitting diode group.
  • the constant current circuit any commonly used one can be used, and a commercially available constant current circuit can be used.
  • the output voltage between the DC buses is 100 V or more and the voltage drop is 10% or less. It is preferable to be controlled. In particular, by suppressing the voltage drop to 10% or less, even a large LED module can be stably lit continuously.
  • one constant current circuit can control a constant current of 1 ampere or more for the plurality of constant current circuits provided in parallel. It is preferable.
  • the photochemical reaction device comprises a light irradiation device including a light emitting diode group connected to the above three-phase AC / DC converter.
  • a light irradiation device including a light emitting diode group connected to the above three-phase AC / DC converter.
  • the photochemical reaction method according to the present invention comprises a method characterized by using such a photochemical reaction device.
  • the photochemical reaction method according to the present invention is particularly suitable for any photochemical reaction that requires a large-capacity light-emitting diode group to be stably and continuously lit.
  • the present invention can be applied to a photochemical reaction in which the irradiation destination of light is a liquid and the composition of the liquid contains at least carbon atoms.
  • the liquid to which the light is irradiated include cycloalkane.
  • the cycloalkane include cyclohexane and cyclododecane.
  • the photochemical reaction method according to the present invention is particularly suitable for the photochemical reaction for producing cycloalkanone oxime by irradiating such cycloalkane and photonitrosating agent with light.
  • the photonitrosating agent include nitrosyl chloride or trichloronitrosomethane.
  • the method for producing a lactam according to the present invention comprises a method characterized by using a cycloalkanone oxime produced by the photochemical reaction method as described above.
  • this three-phase AC / DC converter when a light emitting body using a large-capacity light emitting diode group is caused to emit light, the occurrence of a voltage drop phenomenon is suppressed and the influence on the AC power supply side is also suppressed.
  • the light emitting diode group can be stably and continuously lit. Therefore, this three-phase AC / DC converter is particularly effective for a photochemical reaction apparatus and method for irradiating light using a large-capacity light emitting diode group, and also a lactam using a cycloalkanone oxime produced by the photochemical reaction method. It can also contribute to the stabilization of the manufacturing method.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a three-phase AC / DC converter according to an embodiment of the present invention. It is the circuit diagram which illustrated the conventional 3 phase full wave rectifier circuit.
  • FIG. 5 is a waveform diagram illustrating output waveforms by the rectifier circuit of FIGS. 2 and 4.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a case where a smoothing capacitor is added to the three-phase full-wave rectifier circuit of FIG. 2. It is circuit explanatory drawing which illustrated and demonstrated the inverter drive circuit by the conventional PWM control.
  • FIG. 1 shows a circuit of a three-phase AC / DC converter according to an embodiment of the present invention.
  • a three-phase AC / DC converter 100 shown in FIG. 1 is incorporated in a power supply circuit provided between a three-phase AC power source 1 and a light-emitting diode group 2 in order to drive a light-emitting diode group of 3 kw or more by one unit.
  • the three-phase AC / DC converter 100 includes a DC bus 3 connected to the light emitting diode group 2 and a pair of switching elements 4 connected in series between the DC bus 3 for the three phases of the three-phase AC power supply 1.
  • a three-phase full bridge circuit 6 (a bridge circuit for three phases of U, V, and W) including a reverse blocking diode 5 in which each switching element 4 is connected in parallel, and the three-phase full Provided between the bridge circuit 6 and the three-phase AC power source 1, the connection between the switching elements 4 in each pair of switching elements 4 and the corresponding phases (R, S, T) of the three-phase AC power source 1
  • a reactor 7 to be connected a smoothing capacitor 8 connected between the DC bus 3 on the output side of the three-phase full bridge circuit 6, DC voltage detecting means 9 for detecting an output voltage between the DC bus 3, and three phases AC power supply 1
  • Power supply voltage phase detection means 10 for detecting the voltage phase
  • pulse width modulation means (PWM means) 11 connected to each switching element 4 and outputting a pulse width modulation signal for controlling each switching element 4 ing.
  • the pulse width modulation unit 11 modulates the pulse width to each switching element 4 based on the power supply voltage phase detected by the power supply voltage phase detection unit 10 and the output voltage between the
  • the output voltage between the DC buses 3 detected and fed back by the DC voltage detection means 9 is compared with a preset output voltage command 12 and adjusted by the voltage regulator 13.
  • a current based on the phase of the adjusted voltage and the power supply voltage phase detected by the power supply voltage phase detection means 10 is compared with the input current fed back from the input side of the three-phase full bridge circuit 6, and the current adjuster 14. After the adjustment, the pulse width modulation control by the pulse width modulation means 11 is provided.
  • a plurality of light emitting diodes 15 are combined and connected to form one light emitting diode group 2, and the plurality of light emitting diode groups 2 are provided to form a large-scale light emitter 16.
  • An apparatus having the light emitter 16 is configured as a light irradiation apparatus 17 used in, for example, a photochemical reaction apparatus.
  • a constant current circuit 18 that controls the current to each light emitting diode group 2 to be constant is provided in parallel to the output side of a plurality of three-phase full bridge circuits 6.
  • a converter including a three-phase full bridge circuit 6 in which a switching element 4 capable of PWM control is combined with a three-phase AC to DC converter is configured. Therefore, it is possible to correct the high frequency and noise on the secondary side, that is, the output side (DC bus 3 side) of the three-phase full-bridge circuit 6, and to correct the high frequency generated on the primary side to obtain a power waveform without distortion. Thus, the voltage drop on the primary side, that is, the input side (reactor 7 side) of the three-phase full bridge circuit 6 is suppressed.
  • the DC voltage on the DC bus 3 side is controlled at a constant voltage with a smooth waveform, and by applying PWM control to the three-phase full bridge circuit 6, fluctuations can be achieved. A small and stable voltage supply is possible.
  • the output voltage between the DC buses 3 is 100 V or more, the voltage drop can be easily suppressed to 10% or less, and the possibility of the LED turning off or blinking phenomenon due to the voltage drop is eliminated.
  • the large LED module (light emitter 16) can be stably and continuously lit.
  • a constant current circuit 18 for example, a constant current circuit capable of controlling a constant current of 1 ampere or more
  • the current supplied to each light emitting diode group 2 is also stable.
  • the power supply to the entire light emitter 16 is also stable, and the large-capacity light emitter 16 can be stably lit continuously.
  • the light irradiation device 17 including the light-emitting diode group 2 connected to the three-phase AC / DC converter 100 as described above can be applied to various photochemical reaction devices, and can be used with a single three-phase AC / DC converter 100. Even in the case of the light-emitting diode group 2 having a capacity, all the light-emitting diode groups 2 can be stably lit continuously, and a desired photochemical reaction by the light irradiation device 17 can be stably performed.
  • the irradiation destination of light can be liquid and contain carbon atoms. That is, in the photochemical reaction method according to the present invention, at least one irradiation destination of light can be a raw material system composed of a liquid.
  • the raw material liquid is not particularly limited as long as it is a liquid containing carbon atoms, and examples of the reaction liquid include flammable liquids such as hydrocarbons such as alkanes and cycloalkanes.
  • the number of carbon atoms is not particularly limited as the cycloalkane, but for example, cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclononane, cyclodecane, cycloundecane, and cyclododecane are preferable.
  • cyclohexane as a raw material for caprolactam and cyclododecane as a raw material for lauryl lactam are preferable.
  • cycloalkanone oxime is obtained by a photochemical reaction by light irradiation from a light irradiation device 17 as a light source.
  • the photonitrosating agent for example, nitrosyl chloride or a mixed gas of nitrosyl chloride and hydrogen chloride is preferable.
  • all of the mixed gas of nitric oxide and chlorine, mixed gas of nitric oxide, chlorine and hydrogen chloride, mixed gas of nitrose gas and chlorine, etc. act as nitrosyl chloride in the photochemical reaction system. It is not limited to the supply form of the nitrosating agent.
  • trichloronitrosomethane obtained by photochemical reaction of nitrosyl chloride and chloroform may be used as a nitrosating agent.
  • cycloalkanone oxime becomes its hydrochloride, but it may be in the form of hydrochloride as it is.
  • the cycloalkanone oxime corresponding to the carbon number of the cycloalkane can be obtained by the above photochemical reaction.
  • cyclohexanone oxime can be obtained by photonitrosation reaction with nitrosyl chloride using cyclohexane.
  • cyclododecanone oxime can be obtained by photonitrosation reaction with nitrosyl chloride using cyclododecane.
  • Lactam can be obtained by Beckmann rearrangement of cycloalkanone oxime obtained by photochemical reaction.
  • ⁇ -caprolactam is obtained as shown in the following reaction formula [Chemical Formula 1].
  • ⁇ -laurolactam is obtained in the reaction in which cyclododecanone oxime is Beckmann rearranged.
  • the present invention can be applied to three-phase AC / DC converters in all fields where stable power supply to a large-capacity light emitting diode group is required, and particularly applicable to any photochemical reaction using a large-scale light irradiation device. It is useful when applied to the production of cycloalkanone oximes and lactams.

Abstract

　３相交流電源と発光ダイオード群との間に設けられる装置であって、一対のスイッチング素子が３相交流電源の３相分直流母線間に並列に接続された３相フルブリッジ回路と、スイッチング素子間の接続部と３相交流電源の対応する相とを接続するリアクトルと、３相フルブリッジ回路の出力側の平滑用コンデンサと、直流電圧検出手段と、電源電圧位相検出手段と、各スイッチング素子のパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調手段と、を有し、パルス幅変調手段は、電源電圧位相と直流母線間の出力電圧とに基づき、パルス幅変調信号を出力する３相交流直流変換装置、およびそれを用いた光化学反応装置と方法、並びにその光化学反応方法を用いたラクタムの製造方法。大容量の発光ダイオード群を、電圧低下現象の発生を抑制しながら、かつ、交流電源側への影響も抑えながら、安定して連続点灯させることができ、光化学反応の安定化に貢献できる。

Description

３相交流直流変換装置及びそれを用いた光化学反応装置と方法並びにラクタムの製造方法
　本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略称することもある。）群を駆動するための３相交流直流変換装置、その３相交流直流変換装置を用いた光化学反応装置と方法、その光化学反応方法を用いたラクタムの製造方法に関する。
　従来から、３相交流の整流には３相全波整流回路が用いられているが、これは、例えば図２に示すようなスイッチング素子（Ｄ１～Ｄ６）を組み込んだ３相ブリッジ回路を用いて３相（Ｖａ～Ｖｃ）の電圧（Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａ）のうち最も電圧の高い回路からの電流（ｉａ，ｉｂ，ｉｃのいずれか）を出力電流ｉｏｕｔとして流すことで、常に最も高い電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとして出力し続けるよう組まれた回路で実施されていた。
　この結果、図３に示すように、出力電流ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔとしては比較的一定の電流、電圧を得ることができるようになるが、ｉａやｉｂ，ｉｃ（分かりやすくするため、ｉａのみ図示）の電流は本来あるべき正弦波からはかけ離れた形状となり、力率（有効に使える電気）が低下することが問題であった。
　さらに図４に示すように、出力側の電流と電圧を平滑にするため、平滑用コンデンサＣを出力側に加えたものが図４に示すような平滑コンデンサ付き３相全波整流回路である。これによれば、図３に示すように出力波はさらに一定化するが、平滑用コンデンサＣに貯めた電気がその時に最も流れやすい回路を伝って交流側に戻ることから、この波形はウサギの耳型となってしまい、高調波による交流へのトラブルの原因となる。
　そこで上記のような問題に対処するために、パルス幅変調（以下、ＰＷＭと略称することもある。）コンバータ技術を用いることが知られている(例えば、特許文献１、２)。これは、例えば、以下に述べるような技術である。図５は、ＰＷＭ制御によるインバータ駆動回路を例示している。ＰＷＭ信号は、入力信号である波形と予め設定した所望の波形を比較して、その差異を測定することでスイッチＳ１、Ｓ２のオンーオフのタイミングおよびその幅を決定することにより、所望の波形を出力する技術である。図示するように入力側で設定した所望の波形に近い出力波形が得られる。このようなＰＷＭ技術をコンバータに応用し、図２や図４に示したような３相全波整流回路に適用することで、ｉａ，ｉｂ，ｉｃのそれぞれの波形を正弦波とし、１次交流側の電圧との位相差を最小とする制御をするよう計算機により制御を行うものである。すなわち、通常はブリッジ回路とコンデンサで整流するが、そこにＰＷＭ制御によるスイッチング素子を用いて整流することにより、２次側の整流を行いながら、定電圧制御をするためのスイッチングを、１次側の電流波形を１次電圧と同期させ、１次側の高調波やノイズ、高周波などの波形歪みを無くすことを可能にする制御である。これにより１次側の変圧器に重畳する高調波およびノイズなどを除去することが可能になる。また、２次側の出力電圧を一定制御することが可能になることから、２次側の定電圧の精度を向上させることができる。その結果、１次側に高調波対策や高周波対応が必要なくなるため、１次側の変圧器を正弦波とすることが可能になり、電圧降下を抑制することが可能になる。
ＷＯ２０１２／０４９７０６号公報 ＷＯ２００８／１０８１４７号公報
　ＬＥＤの駆動には直流電源を必要とし、ＬＥＤの特性からその直流電圧変動範囲をＬＥＤ点灯電圧範囲内に維持することが不可欠であるが、その範囲は狭いので、電圧維持に必要な精度が求められることとなる。大量のＬＥＤを駆動させるためには、例えば、多数のＬＥＤ群を駆動させるためには、多数の定電流装置を必要とするが、その分ノイズや高周波などによる波形歪みが大きくなる。一般的なダイオードコンバータを、ＬＥＤ群を駆動するための３相交流直流変換装置として使用すると、１次側の変圧器に高調波および高周波やノイズを発生させてしまい、電源電圧降下を招く。その結果、ＬＥＤ群駆動用の２次側の出力電圧も低下することになり、結果的にＬＥＤ群に必要とされる最低電圧を下回る事態を招く可能性があることから、ＬＥＤの消灯や点滅現象が発生するおそれがあり、連続点灯を維持することが困難となっていた。
　そこで、本発明の課題は、大容量の、とくに３ｋｗ以上の発光ダイオード群を１台にて駆動するために使用可能で、発光ダイオードの消灯や点滅現象の発生のおそれを除去可能な３相交流直流変換装置を提供することにある。
　また、本発明は、上記のような３相交流直流変換装置を備えた光照射装置を有する光化学反応装置と方法、その光化学反応方法を用いたラクタムの製造方法を提供することも課題とする。
　上記課題を解決するために、本発明に係る３相交流直流変換装置は、３ｋｗ以上の発光ダイオード群を１台で駆動するために３相交流電源と前記発光ダイオード群との間に設けられる電源回路に組み込まれる３相交流直流変換装置であって、
　前記発光ダイオード群へと接続される直流母線と、
　直列接続された一対のスイッチング素子が前記３相交流電源の３相分前記直流母線間に並列に接続されているとともに、各スイッチング素子が並列接続された逆阻止ダイオードを備えている３相フルブリッジ回路と、
　該３相フルブリッジ回路と前記３相交流電源との間に設けられ、前記各一対のスイッチング素子におけるスイッチング素子間の接続部と前記３相交流電源の対応する相とを接続するリアクトルと、
　前記３相フルブリッジ回路の出力側の前記直流母線間に接続された平滑用コンデンサと、
　前記直流母線間の出力電圧を検出する直流電圧検出手段と、
　前記３相交流電源の電源電圧位相を検出する電源電圧位相検出手段と、
　前記各スイッチング素子を制御するパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調手段と、を有し、
　前記パルス幅変調手段は、前記電源電圧位相と前記直流母線間の出力電圧とに基づき、前記パルス幅変調信号を出力することを特徴とするものからなる。
　このような本発明に係る３相交流直流変換装置においては、直流への変換部にＰＷＭ制御が可能なスイッチング素子を組み合わせた３相フルブリッジ回路からなるコンバータを使用することで、２次側の高周波やノイズ、１次側に発生する高周波を補正し、歪みのない電源波形にすることが可能となり、１次側の変圧器（リアクトル）での電圧降下が抑制される。また、２次側の直流電圧を一定に制御することが可能な定電圧制御にすることにより、しかも、スイッチング素子を組み合わせた３相フルブリッジ回路にＰＷＭ制御を適用しかつ出力側に平滑用コンデンサを付加することで２次側により安定した電圧供給が可能となることにより、２次電圧の微少な低下の問題をも解消でき、電圧低下に伴うＬＥＤの消灯や点滅現象発生のおそれを除去して、例えば１０ｋｗ以上の大型のＬＥＤモジュールを連続点灯させることも可能となる。
　上記本発明に係る３相交流直流変換装置においては、上記発光ダイオード群への電流を一定に制御する定電流回路が、複数、上記３相フルブリッジ回路の出力側に並列に設けられている形態を採用できる。複数の定電流回路は、発光ダイオード群の設置形態に応じて配置されればよく、各発光ダイオード群への電力供給回路の各発光ダイオード群直前部位に配置されればよい。定電流回路としては、一般に用いられているもののいずれも使用可能であり、市販の定電流回路を使用できる。
　また、本発明に係る３相交流直流変換装置においては、上記発光ダイオード群のより安定した点灯動作を確保するために、上記直流母線間の出力電圧が１００Ｖ以上であり、電圧降下が１０％以下に制御されることが好ましい。とくに電圧降下を１０％以下に抑えることにより、大型のＬＥＤモジュールであっても安定して連続点灯させることが可能になる。
　同様に、大容量の発光ダイオード群のより安定した点灯動作を確保するために、上述の並列に設けられる複数の定電流回路については、１つの定電流回路が１アンペア以上の一定電流を制御できるものであることが好ましい。
　本発明に係る光化学反応装置は、上記のような３相交流直流変換装置に接続された発光ダイオード群を備えた光照射装置を有することを特徴とするものからなる。上記のような３相交流直流変換装置を適用することにより、発光ダイオード群を安定して連続点灯させることが可能になり、光照射装置による所望の光化学反応を行わせることが可能になる。
　また、本発明に係る光化学反応方法は、このような光化学反応装置を用いることを特徴とする方法からなる。
　この本発明に係る光化学反応方法は、とくに大容量の発光ダイオード群を安定して連続点灯させることが要求されるあらゆる光化学反応に。例えば、光の照射先が液体であって、該液体の組成に少なくとも炭素原子が含まれている光化学反応に適用できる。この光の照射先の液体としては、例えば、シクロアルカンを挙げることができる。シクロアルカンとしては、例えば、シクロヘキサンまたはシクロドデカンを挙げることができる。本発明に係る光化学反応方法は、とくにこのようなシクロアルカンと光ニトロソ化剤に光照射することによりシクロアルカノンオキシムを製造する光化学反応に好適である。光ニトロソ化剤としては、例えば、塩化ニトロシルまたはトリクロロニトロソメタンを挙げることができる。
　本発明に係るラクタムの製造方法は、上記のような光化学反応方法で製造したシクロアルカノンオキシムを用いることを特徴とする方法からなる。
　本発明に係る３相交流直流変換装置によれば、大容量の発光ダイオード群を使用した発光体を発光させるに際し、電圧低下現象の発生を抑制しながら、かつ、交流電源側への影響も抑えながら、発光ダイオード群を安定して連続点灯させることができるようになる。したがって、この３相交流直流変換装置は大容量の発光ダイオード群を用いて光照射を行う光化学反応装置と方法にとくに有効であり、さらにはその光化学反応方法で製造したシクロアルカノンオキシムを用いるラクタムの製造方法の安定化にも貢献できる。
本発明の一実施態様に係る３相交流直流変換装置の回路図である。 従来の３相全波整流回路を例示した回路図である。 図２および図４の整流回路による出力波形を例示した波形図である。 図２の３相全波整流回路に平滑用コンデンサを付加した場合を例示した回路図である。 従来のＰＷＭ制御によるインバータ駆動回路を例示、説明した回路説明図である。
　以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明の一実施態様に係る３相交流直流変換装置の回路を示している。図１に示す３相交流直流変換装置１００は、３ｋｗ以上の発光ダイオード群を１台で駆動するために３相交流電源１と発光ダイオード群２との間に設けられる電源回路に組み込まれる３相交流直流変換装置である。３相交流直流変換装置１００は、発光ダイオード群２へと接続される直流母線３と、直列接続された一対のスイッチング素子４が上記３相交流電源１の３相分上記直流母線３間に並列に接続されているとともに、各スイッチング素子４が並列接続された逆阻止ダイオード５を備えている３相フルブリッジ回路６（Ｕ、Ｖ、Ｗの３相分のブリッジ回路）と、該３相フルブリッジ回路６と上記３相交流電源１との間に設けられ、各一対のスイッチング素子４におけるスイッチング素子４間の接続部と３相交流電源１の対応する相（Ｒ、Ｓ、Ｔ）とを接続するリアクトル７と、３相フルブリッジ回路６の出力側の上記直流母線３間に接続された平滑用コンデンサ８と、直流母線３間の出力電圧を検出する直流電圧検出手段９と、３相交流電源１の電源電圧位相を検出する電源電圧位相検出手段１０と、各スイッチング素子４へと接続され、各スイッチング素子４を制御するパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調手段（ＰＷＭ手段）１１と、を有している。パルス幅変調手段１１は、電源電圧位相検出手段１０により検出された電源電圧位相と直流電圧検出手段９により検出された直流母線３間の出力電圧とに基づき、各スイッチング素子４へのパルス幅変調信号を出力する。
　本実施態様では、直流電圧検出手段９により検出され帰還された直流母線３間の出力電圧と、予め設定された出力電圧指令１２とが比較されて電圧調整器１３で調整される。調整された電圧の位相と電源電圧位相検出手段１０により検出された電源電圧位相とに基づく電流が、３相フルブリッジ回路６の入力側から帰還された入力電流と比較されて電流調整器１４で調整された後、パルス幅変調手段１１によるパルス幅変調制御に供されるようになっている。
　また、本実施態様では、複数の発光ダイオード１５を組み合わせて接続することにより、一つの発光ダイオード群２が形成され、複数の発光ダイオード群２が併設されて、大規模の発光体１６が構成されている。この発光体１６を有する装置が、例えば光化学反応装置に用いられる光照射装置１７として構成されている。この光照射装置１７内に、各発光ダイオード群２への電流を一定に制御する定電流回路１８が、複数、３相フルブリッジ回路６の出力側に対して並列に設けられている。
　このように構成された３相交流直流変換装置１００においては、３相交流から直流への変換部にＰＷＭ制御が可能なスイッチング素子４を組み合わせた３相フルブリッジ回路６からなるコンバータが構成されているので、２次側、つまり、３相フルブリッジ回路６の出力側（直流母線３側）の高周波やノイズ、１次側に発生する高周波を補正し、歪みのない電源波形にすることが可能となり、１次側、つまり３相フルブリッジ回路６の入力側（リアクトル７側）での電圧降下が抑制される。また、平滑用コンデンサ８も付加されているので、直流母線３側の直流電圧は平滑な波形にて定電圧制御され、かつ、３相フルブリッジ回路６にＰＷＭ制御を適用することで、変動の少ない安定した電圧供給が可能となる。直流母線３間の出力電圧が１００Ｖ以上である場合、電圧降下を容易に１０％以下に抑えることが可能になり、電圧低下に伴うＬＥＤの消灯や点滅現象発生のおそれを除去して、例えば１０ｋｗ以上の大型のＬＥＤモジュール（発光体１６）を安定して連続点灯させることが可能となる。また、各発光ダイオード群２に対して定電流回路１８（例えば、１アンペア以上の一定電流を制御可能な定電流回路）が設けられているので、各発光ダイオード群２へ供給される電流も安定し、ひいては発光体１６全体に対する電力供給も安定し、大容量の発光体１６についても安定した連続点灯が可能になる。
　上記のような３相交流直流変換装置１００に接続された発光ダイオード群２を備えた光照射装置１７は、各種光化学反応装置に適用でき、１台の３相交流直流変換装置１００にて、大容量の発光ダイオード群２であっても、全発光ダイオード群２を安定して連続点灯させることが可能になり、光照射装置１７による所望の光化学反応を安定して行わせることが可能になる。
　このような光化学反応装置は各種の光化学反応方法に用いることができ、とくに大容量の発光ダイオード群２を安定して連続点灯させることが要求されるあらゆる光化学反応に適用できる。例えば、光化学反応方法において、光の照射先が液体であって、炭素原子を含むものとすることができる。すなわち、本発明に係る光化学反応方法では、光の照射先は少なくとも１つは液体で構成される原料系とすることができる。原料となる液体は、炭素原子を含む液体であればとくに制限はなく、反応液として可燃性液体、例えばアルカン、シクロアルカンなどの炭化水素類を例示できる。
　本発明において、シクロアルカンとしては、特にその炭素数は限定しないが、例えば、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、シクロウンデカン、シクロドデカンが好ましい。特に、カプロラクタムの原料となるシクロヘキサン、ラウリルラクタムの原料となるシクロドデカンが好ましい。
　上記のシクロアルカンおよび光ニトロソ化剤を用いて、光源としての光照射装置１７からの光照射による光化学反応にてシクロアルカノンオキシムが得られる。光ニトロソ化剤には、例えば、塩化ニトロシル、塩化ニトロシルと塩化水素との混合ガスが好ましい。その他、一酸化窒素と塩素との混合ガス、一酸化窒素と塩素と塩化水素との混合ガス、ニトローゼガスと塩素との混合ガス等のいずれも光化学反応系にて、塩化ニトロシルとして作用するので、これらニトロソ化剤の供給形態に限定されるものではない。また、塩化ニトロシルとクロロホルムを光化学反応させて得られるようなトリクロロニトロソメタンをニトロソ化剤として用いてもよい。光化学反応を塩化水素の存在下で行う場合、シクロアルカノンオキシムはその塩酸塩となるが、そのまま塩酸塩の形態でもよい。
　上記の光化学反応によって、シクロアルカンの炭素数に応じたシクロアルカノンオキシムを得ることができる。例えば、シクロヘキサンを用いた塩化ニトロシルによる光ニトロソ化反応ではシクロヘキサノンオキシムが得られる。また、シクロドデカンを用いた塩化ニトロシルによる光ニトロソ化反応ではシクロドデカノンンオキシムが得られる。
　光化学反応を行って得られたシクロアルカノンオキシムをベックマン転位することによってラクタムが得られる。例えば、シクロヘキサノンオキシムをベックマン転位する反応では以下の反応式［化１］で示すようにεーカプロラクタムが得られる。また、シクロドデカノンオキシムをベックマン転位する反応ではω－ラウロラクタムが得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　なお、上記においては図１を参照して本発明の実施の形態を説明したが、この実施形態は例として示したものであり、本発明の範囲を制限することは意図しない。様々な形態で実施することが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、簡略化や変更を行うことができる。このような実施形態やそれらの変更も、本発明の範囲に含まれる。
　本発明は、大容量の発光ダイオード群への安定した給電が要求されるあらゆる分野の３相交流直流変換装置に適用でき、とくに大規模な光照射装置を用いるあらゆる光化学反応に適用でき、中でも、シクロアルカノンオキシムの製造、ラクタムの製造に適用して有用なものである。
１　３相交流電源
２　発光ダイオード群
３　直流母線
４　スイッチング素子
５　逆阻止ダイオード
６　３相フルブリッジ回路
７　リアクトル
８　平滑用コンデンサ
９　直流電圧検出手段
１０　電源電圧位相検出手段
１１　パルス幅変調手段
１２　出力電圧指令
１３　電圧調整器
１４　電流調整器
１５　発光ダイオード
１６　発光体
１７　光照射装置
１８　定電流回路
１００　３相交流直流変換装置

Claims (12)

  1. 　３ｋｗ以上の発光ダイオード群を１台で駆動するために３相交流電源と前記発光ダイオード群との間に設けられる電源回路に組み込まれる３相交流直流変換装置であって、
    　前記発光ダイオード群へと接続される直流母線と、
    　直列接続された一対のスイッチング素子が前記３相交流電源の３相分前記直流母線間に並列に接続されているとともに、各スイッチング素子が並列接続された逆阻止ダイオードを備えている３相フルブリッジ回路と、
    　該３相フルブリッジ回路と前記３相交流電源との間に設けられ、前記各一対のスイッチング素子におけるスイッチング素子間の接続部と前記３相交流電源の対応する相とを接続するリアクトルと、
    　前記３相フルブリッジ回路の出力側の前記直流母線間に接続された平滑用コンデンサと、
    　前記直流母線間の出力電圧を検出する直流電圧検出手段と、
    　前記３相交流電源の電源電圧位相を検出する電源電圧位相検出手段と、
    　前記各スイッチング素子を制御するパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調手段と、を有し、
    　前記パルス幅変調手段は、前記電源電圧位相と前記直流母線間の出力電圧とに基づき、前記パルス幅変調信号を出力することを特徴とする３相交流直流変換装置。
  2. 　前記発光ダイオード群への電流を一定に制御する定電流回路が、複数、前記３相フルブリッジ回路の出力側に並列に設けられている、請求項１に記載の３相交流直流変換装置。
  3. 　前記直流母線間の出力電圧が１００Ｖ以上であり、電圧降下が１０％以下に制御される、請求項１または２に記載の３相交流直流変換装置。
  4. 　１つの定電流回路が１アンペア以上の一定電流を制御する、請求項２または３に記載の３相交流直流変換装置。
  5. 　請求項１～４のいずれかに記載の３相交流直流変換装置に接続された発光ダイオード群を備えた光照射装置を有することを特徴とする光化学反応装置。
  6. 　請求項５に記載の光化学反応装置を用いることを特徴とする光化学反応方法。
  7. 　光の照射先が液体であって、該液体の組成に少なくとも炭素原子が含まれている、請求項６に記載の光化学反応方法。
  8. 　前記光の照射先の液体がシクロアルカンである、請求項７に記載の光化学反応方法。
  9. 　前記シクロアルカンがシクロヘキサンまたはシクロドデカンである、請求項８に記載の光化学反応方法。
  10. 　前記シクロアルカンと光ニトロソ化剤に光照射することによりシクロアルカノンオキシムを製造する、請求項８または９に記載の光化学反応方法。
  11. 　前記光ニトロソ化剤が塩化ニトロシルまたはトリクロロニトロソメタンである、請求項１０に記載の光化学反応方法。
  12. 　請求項１０または１１に記載の光化学反応方法で製造したシクロアルカノンオキシムを用いることを特徴とするラクタムの製造方法。
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