(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個の高電圧印加用端子を有するオゾン発生器と、このオゾン発生器に高電圧を印加する電源装置で構成するオゾン発生装置において、
上記電源装置は、電源ラインに接続される１つの一次巻線と、互いに３０度の位相差を有して出力する２つの２次巻線とを具備する３巻線の変圧器と、入力された交流を直流変換後所定の周波数の交流出力に変換する２台の電力変換装置を有し、
上記変圧器の一方の２次巻線の出力は上記一方の電力変換装置で所定の周波数の交流に変換され上記オゾン発生装置の一方の端子に供給し、上記変圧器の他方の２次巻線の出力は上記他方の電力変換装置で所定の周波数の交流に変換され上記オゾン発生装置の他方の端子に供給するようにしたことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
請求項１において、
各電力変換装置の出力電流を同一にするよう制御する制御手段を設けたことを特徴とするオゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、オゾン発生装置に関するもので、特に電源装置側のコストの削減を図るものである。
【従来の技術】
【０００２】
オゾンは強力な酸化力を持ちかつ無公害なため、環境及び化学分野等で広く適用されるようになっている。このオゾンを使用する場合、連続的に使用する場合と間欠的に使用する場合があり、オゾン発生器はいずれの場合も適用することができる。
【０００３】
図６は、従来のオゾン発生装置を示す構成図で、連続的に使用する場合を示している。
図７は電力変換装置１の回路構成を示すもので、図８は電力変換装置１の各部の電流波形を示す図である。
【０００４】
図６において、１は電力変換装置でありその入力側は、３相の商用電源ライン２０（周波数  ５０または６０Ｈｚ）に接続されている。
３は電力変換装置１の単相の出力側に接続された単相の昇圧トランスで、
５は２ヶの高圧端子５ａ及び５ｂと１ヶの接地端子５ｃを有し、高圧端子５ａ及び５ｂは、昇圧トランス３の一端に接続され、接地端子５ｃは、昇圧トランス３の他の一端に接続されている。
【０００５】
次に動作について説明する。
電力変換装置１は、商用電源（周波数  ５０または６０Ｈｚ  ３相）を単相の高周波電源（通常１ｋＨｚ）に変換し、昇圧トランス３に入力する。昇圧トランス３は、電力変換装置１の出力電圧をオゾン発生に適した電圧へと昇圧し、オゾン発生器５へ印加する。
電力変換装置１は、図７に示すように、６相のサイリスタ整流器４１により３相の商用電源を直流電圧に変換し、この直流電圧をサイリスタによる逆変換器４２により高周波電圧に変換する。
【０００６】
サイリスタ整流器４１と逆変換器４２間には、直流リアクトル４３が接続されているため、図８のように、電力変換装置１の入力電流（図８の（１））、直流リアクトル４３の電流（図８の（２））、及び電力変換装置１の出力電流（図８の（３））となり、電力変換装置１の入力電流値は、電力変換装置１の出力電流（電流値ａ）の(２／３) １／２  倍である。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のオゾン発生装置は以上のように構成されているので、オゾン発生器５が大容量となった場合には、オゾン発生器５の容量に応じて、大容量の電力変換装置１及び昇圧トランス３が必要となり、汎用の電力変換装置及び昇圧トランスが使用出来ず、それだけコスト高となる等の課題があった。
【０００８】
また、電力変換装置が３相入力で６相整流器を用いる場合、５，７，１１，１３次．．．．の６Ｎ±１次（Ｎ＝１、２、３．．．）の高調波電流が発生し、電力変換装置の入力側より電源ライン２０へ流出するので、この高調波電流の抑制も課題であった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、電力変換装置及び昇圧トランスのコスト低減によるオゾン発生装置のコスト低減を目的とし、さらに、電力変換装置の入力側からの高調波電流の流出を抑制することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るオゾン発生装置は、２個の高電圧印加用端子を有するオゾン発生器と、このオゾン発生器に高電圧を印加する電源装置で構成するオゾン発生装置において、
上記電源装置は、電源ラインに接続される１つの一次巻線と、互いに３０度の位相差を有して出力する２つの２次巻線とを具備する３巻線の変圧器と、入力された交流を直流変換後所定の周波数の交流出力に変換する２台の電力変換装置を有し、
上記変圧器の一方の２次巻線の出力は上記一方の電力変換装置で所定の周波数の交流に変換され上記オゾン発生装置の一方の端子に供給し、
上記変圧器の他方の２次巻線の出力は上記他方の電力変換装置で所定の周波数の交流に変換され上記オゾン発生装置の他方の端子に供給するようにしたものである。
【００１１】
また、上記において、
各電力変換装置の出力電流を同一にするよう制御する制御手段を設けたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の基礎となる技術について、図１に基づいて説明する。
１及び２は、電力変換装置であり、その入力側は、３相の商用電源ライン２０（周波数５０または６０Ｈｚ）に接続されていて、高周波（通常１ｋＨｚ）電圧を出力する。回路構成は、図７に例示の回路を用いる。
３及び４は、各々の電力変換装置１及び２の単相の出力側に接続された単相の昇圧トランスである。
【００１３】
５は、オゾン発生器であり、２ヶの高圧端子５ａ及び５ｂと１ヶの接地端子５ｃを有しており、高圧端子５ａは昇圧トランス３の一端に接続され、接地端子５ｃは、昇圧トランス３の他の一端に接続されている。同様に、高圧端子５ｂは昇圧トランス４の一端に接続され、接地端子５ｃは、昇圧トランス４の他の一端に接続されている。
【００１４】
次に動作について説明する。
電力変換装置１は、商用電源（周波数  ５０または６０Ｈｚ  ３相）を単相の高周波電源（通常１ｋＨｚ）に変換し、昇圧トランス３に入力する。昇圧トランス３は、電力変換装置１の出力電圧をオゾン発生に適した電圧へと昇圧し、高圧端子５ａを通して、オゾン発生器５へ印加する。
【００１５】
同様に、電力変換装置２は、商用電源（周波数  ５０または６０Ｈｚ  ３相）を単相の高周波電源（通常１ｋＨｚ）に変換し、昇圧トランス４に入力する。昇圧トランス４は、電力変換装置２の出力電圧をオゾン発生に適した電圧へと昇圧し、高圧端子５ｂを通して、オゾン発生器５へ印加する。
【００１６】
ここで、１台のオゾン発生器１に対し、２ヶの高圧端子５ａ，５ｂを介して、２系統の回路で電力変換装置１，２及び昇圧トランス３，４より電力を供給することが出来るため、オゾン発生器１が大容量となった場合でも比較的小型で安価な電力変換装置及び昇圧トランスを用いることが可能であり、オゾン発生装置のコスト低減を図る効果がある。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、比較的小型で安価な電力変換装置及び昇圧トランスを用いてコストダウンを図ったが、電源ライン２０に接続された電力変換装置１及び２の入力側の各相の電流は、従来のオゾン発生装置を構成する電力変換装置の入力電流（図８参照）と同一であり、５，７，１１，１３次．．．．の６Ｎ±１次（Ｎ＝１、２、３．．）の高調波電流が含まれており、高調波電流が電源ラインへ流出する課題が有った。
この実施の形態１は、上記高調波電流の抑制を図るものである。
【００１８】
以下、本発明による実施の形態１を図に基づいて説明する。
図２は構成図であり、図３は電力変換装置のサイリスタ整流器の動作波形を示し、図４は３巻線トランスの１次側および２次側電流波形である。
図２において、実施の形態１の図１と同一のものは同一符号であるので省略する。６は３巻線トランスであり、１次側は△結線で、商用電源系統の電源ライン２０に接続され、２次側の２巻線は、各々△結線及びＹ結線であり各々電力変換装置１及び２の入力側に接続されている。
【００１９】
次に動作について説明する。
電力変換装置１は、商用電源（周波数  ５０または６０Ｈｚ  ３相）を単相の高周波電源（通常１ｋＨｚ）に変換し、昇圧トランス３に入力する。昇圧トランス３は、電力変換装置１の出力電圧をオゾン発生に適した電圧へと昇圧し、高圧端子５ａを通して、オゾン発生器５へ印加する。
【００２０】
同様に、電力変換装置２は、商用電源（周波数  ５０または６０Ｈｚ  ３相）を単相の高周波電源（通常１ｋＨｚ）に変換し、昇圧トランス４に入力する。昇圧トランス４は、電力変換装置１の出力電圧をオゾン発生に適した電圧へと昇圧し、高圧端子５ｂを通して、オゾン発生器５へ印加する。
【００２１】
電力変換装置１及び２の入力には、３巻線トランスの２次側２巻線が接続されており、電力変換装置２のサイリスタ整流器は、電力変換装置１のサイリスタ整流器に対し、図３に示すように３０度の位相進みで各相のサイリスタＴＵ、ＴＶ、ＴＷ、ＴＸ、ＴＹ、ＴＺをＯＮ／ＯＦＦするように運転されている。
【００２２】
図２に示す３巻線トランス６の１次側の電流ＩRSは、２次側の電流ＩR1S1、ＩR2、ＩS2の合成和であり、また、電源ライン２０へ接続されているＲ相電流ＩRは、電流ＩRSに対し、３０度の位相遅れとなっており、各電流波形は、図４に示すようになる。
【００２３】
以下の計算式に示すように電流ＩRSには、５，７，１７，１９次．．の（１２Ｋ±１＋６）次の高調波電流を消去する効果がある。
Ｋ＝０、１、２、・・とし、
その計算式は、
電流ＩRSの（１２Ｋ±１＋６）次の高調波成分
＝電流ＩR1S1の（１２Ｋ±１＋６）次の高調波成分
＋電流ＩR2の（１２Ｋ±１＋６）次の高調波成分
＋電流ＩS2の（１２Ｋ±１＋６）次の高調波成分
【００２４】
＝３ＳＩＮ｛（１２Ｋ±１＋６）ωｔ｝
＋ＳＩＮ｛（１２Ｋ±１＋６）（ωｔ−π／６）｝
＋ＳＩＮ｛（１２Ｋ±１＋６）（ωｔ＋π／６）｝
＝３ＳＩＮ｛（１２Ｋ±１＋６）ωｔ｝
＋２ＳＩＮ｛（１２Ｋ±１＋６）ωｔ
×ＣＯＳ（１２Ｋ±１＋６）（π／６）
【００２５】
＝３ＳＩＮ｛（１２Ｋ±１＋６）ωｔ｝
＋２ＳＩＮ｛（１２Ｋ±１＋６）ωｔ
×ＣＯＳ｛（２Ｋ＋１）π±π／６）｝
＝３ＳＩＮ｛（１２Ｋ±１＋６）ωｔ｝
＋２ＳＩＮ｛（１２Ｋ±１＋６）ωｔ×（−１）ＣＯＳ（π／６）
＝３ＳＩＮ｛（１２Ｋ±１＋６）ωｔ｝
−３ＳＩＮ｛（１２Ｋ±１＋６）ωｔ｝＝０
【００２６】
となり、（１２Ｋ±１＋６）次の高調波成分が消去できる。
【００２７】
実施の形態２．
実施の形態１では、高調波成分を消去したが、昇圧トランス３及び４の２次電流が不平衡状態の場合、図８に示すように電力変換装置の入力電力は、電力変換装置の出力電流の（２／３）1/2 倍であるため、電力変換装置１及び２の入力電流も不平衡となり、３巻線トランス６の２次側の電流ＩR1S1、ＩR2、ＩS2の波高値において、√３：１：１の関係が保てず、上記（１２Ｋ±１＋６）次の高調波電流が完全に消去出来ないため残留する課題が有った。
この実施の形態２は上記（１２Ｋ±１＋６）次の高調波電流を完全に消去しようとするものである。
【００２８】
以下、本発明による実施の形態２を図５に基づいて説明する。
図５において、実施の形態１の図２と同一のものは同一符号であるので省略する。
７及び８は、昇圧トランス３及び４の２次側の電流を検出するために各々接続された変流器であり、変流器７及び８の２次電流は、差動増幅器９に接続されている。また、昇圧トランス３の２次電流は、電力変換装置１の制御装置１０に接続されており、差動増幅器９の出力は、電力変換装置２の制御装置１１に接続されている。
【００２９】
次に動作について説明する。
電力変換装置１は、商用電源（周波数  ５０または６０Ｈｚ  ３相）を単相の高周波電源（通常１ｋＨｚ）に変換し、昇圧トランス２に入力する。昇圧トランス２は、電力変換装置１の出力電圧をオゾン発生に適した電圧へと昇圧し、オゾン発生器３へ印加する。
【００３０】
同様に、電力変換装置２は、商用電源（周波数  ５０または６０Ｈｚ  ３相）を単相の高周波電源（通常１ｋＨｚ）に変換し、昇圧トランス４に入力する。昇圧トランス４は、電力変換装置１の出力電圧をオゾン発生に適した電圧へと昇圧し、高圧端子５ｂを通して、オゾン発生器５へ印加する。
【００３１】
電力変換装置１及び２の入力には、３巻線トランスの２次側２巻線が接続されており、電力変換装置２は、電力変換装置１に対し、３０度の位相進みで運転されている。
【００３２】
差動増幅器９及び制御装置１１によって、昇圧トランス４の２次電流が、昇圧トランス３の２次電流に等しくなるように電力変換装置２を構成するサイリスタ整流器を制御する。
また、制御装置１０は、昇圧トランス３の２次側電流を所定の設定値になるように電力変換装置１を構成するサイリスタ整流器を制御する。
【００３３】
ここで、昇圧トランス３及び４の２次電流値が等しくなるように運転することにより電力変換装置１及び２の入力電流値が等しくなり、（１２Ｋ±１＋６）次の高調波電流が消去される。
【００３４】
実施の形態３．
実施の形態１では、３巻線トランスはΔ／ΔＹ結線であったが、Ｙ／ＹΔ結線であってもよい。また、一方の２次巻線に対し、他方の２次巻線が位相角３０度の遅れであったが、３０度の進みでもよい。
即ち、２つの２次巻線間で互いに３０度の位相差があればよい。
【００３５】
【発明の効果】
（１）以上のように、この発明によればオゾン発生器の高圧印加用端子数に対応して電源装置を複数個設けるようにしたので、大容量の電源装置を必要とせずコストを低減することができる。
【００３６】
（２）また、３巻線トランスの２つの２次巻線の出力を、互いに３０度の位相差を有する交流出力としたので、高調波電流の抑制を図ることができる。
【００３７】
（３）また、各電力変換装置の出力電流を同一にするようにしたので、高調波電流の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の基礎となる技術を説明するためのオゾン発生装置を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１によるオゾン発生装置を示す構成図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による電力変換装置１及び２のサイリスタ整流器の動作波形図である。
【図４】  この発明の実施の形態１による３巻線トランスの１次側及び２次側電流波形を示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態２によるオゾン発生装置を示す構成図である。
【図６】  従来のオゾン発生装置を示す構成図である。
【図７】  電力変換装置を示す構成図である。
【図８】  電力変換装置の各部電流波形を示す図である。
【符号の説明】
１，２  電力変換装置            ３，４  昇圧トランス
５ オゾン発生器               ５ａ，５ｂ，  高圧端子
５ｃ  接地端子                 ６  ３巻線トランス
７，８  変流器                 ９  差動増幅器
１０，１１  制御装置             ２０  電源ライン
４１  サイリスタ整流器            ４２  逆変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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