臭氧产生系统、及臭氧产生系统的运行方法
【专利摘要】本发明提供一种运行成本较低的臭氧产生系统。该臭氧产生系统包括存储电费单价的电费单价存储部、以及存储气费单价的气费单价存储部，根据存储在电费单价存储部中的电费单价、存储在气费单价存储部中的气费单价、以及臭氧化气体所要求的所需臭氧产生量，对于作为臭氧产生量基础参数的臭氧浓度及气体流量决定使运行成本最低的值，控制气体流量调节器以使得变成为该决定的气体流量，并控制臭氧产生器用电源的功率以使得变成为所决定的臭氧浓度。
【专利说明】臭氧产生系统、及臭氧产生系统的运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种臭氧产生系统，该臭氧产生系统产生洁净水、污水、工业排水、纸浆漂白、氧化处理等臭氧处理用的臭氧。
【背景技术】
[0002]洁净水的臭氧处理系统的简要情况如下。向臭氧产生器提供原料气体(对氧气添加微量的氮气后的气体、或空气)，利用由电源提供的高频高电压在产生器内部的放电管中使原料气体放电，原料气体中的氧气因该放电而变化成臭氧气体。产生器通过冷却水使因放电而产生的热量冷却。产生器中产生的臭氧化气体从臭氧接触槽的下部被送入散气装置，臭氧化气体作为小气泡被送入被处理水中并溶入水中。被处理水中的异味成分、细菌等有机物被臭氧氧化分解，并作为无异味的杀菌后的水从接触槽排出。
[0003]臭氧接触槽的处理所需的臭氧产生量由被处理水流量、水质、水温等决定，存在预先通过实验来决定所需的臭氧量的情况、以及对臭氧接触槽内部的溶解存在的臭氧浓度进行测定以施加反馈的方法等。为了产生这样求出的所需臭氧产生量，在使用氧气(含微量的氮)作为原料气体的现有装置中，进行运行以使得臭氧浓度恒定并调整臭氧化气体流量。
(臭氧产生量)=(臭氧浓度)X (臭氧化气体流量)
[0004]装置的运行成本是臭氧产生器所消耗的电费、与液氧的气费之和。通常，臭氧浓度越高，臭氧产生器的效率越低，因此耗电量变多，电费增加。反之，臭氧浓度越高，所需的臭氧化气体流量越少，气费减少。其结果是，已知在某一臭氧浓度下运行成本最低(例如专利文献1、非专利文献I)。该运行成本最低的臭氧浓度受到臭氧产生器的放电管结构、冷却水温等的影响。
[0005]另外，作为用于使臭氧化气体溶于水中而在欧美广泛使用的装置，有喷射器，并且使用喷射器泵以用于将水送入喷射器。若臭氧浓度变高则臭氧化气体流量下降，在喷射器中流动的水量也减小，因此喷射器泵的动力减小，喷射器的电费降低。例如，也存在以高臭氧浓度进行运行的运行成本更便宜的情况。以往广泛使用的臭氧浓度为10wt%，因此例如存在以浓度16#%进行运行的运行成本更便宜的情况。
[0006]另一方面，作为通过高臭氧浓度使臭氧产生效率提高的方法，例如存在使放电管间隙长度缩短的方法(专利文献2)。
现有技术文献 专利文献
[0007]专利文献1:日本专利特开昭61-68195号公报(图2)
专利文献2:日本授权专利第3545257号公报
非专利文献
[0008]非专利文献1:发表于臭氧及紫外线技术国际会议的“基于窄隙技术的高效率、高浓度臭氧产生器”论文(2007年8月27日?29日于加州，洛杉矶)(图7)(〃High Efficiency, High Concentration Ozone Generator Based on NarrowGap Technology Paper presented in World Congress on Ozone & UltravioletTechnologies (Aug.27to29, 2007in Los Angeles, Calif.) (Figure7))
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0009]现有装置中存在如下问题:虽然提高臭氧浓度会使运行成本降低，但另一方面，若提高臭氧浓度，则初始成本提高。若在臭氧产生量恒定的条件下增加臭氧浓度，则臭氧产生器的臭氧产生效率下降，因此要增加电源的功率容量，并且需要增加装载于产生器的放电管根数，因此臭氧产生装置的初始成本提高。生命周期成本为初始成本与运行成本的总和，例如还存在如下情况:在臭氧浓度为14wt%时运行成本最低的臭氧产生装置中，生命周期成本在臭氧浓度为10?〖％时最低。因而，装置设计中以生命周期成本最低的臭氧浓度10wt%来设计和制造装置，且使用者以臭氧浓度10wt%(恒定)来运行。
[0010]本发明是为了解决上述技术问题而完成的，其目的在于，提供一种降低运行成本而不提高装置的初始成本的方法、以及这样的臭氧产生系统。
解决技术问题所采用的技术方案
[0011]本发明所涉及的臭氧产生系统包括:臭氧产生器，该臭氧产生器具有放电管；原料气体提供装置，该原料气体提供装置向该臭氧产生器提供含氧的原料气体；臭氧产生器用电源，该臭氧产生器用电源用于向放电管施加高频高电压；冷却装置，该冷却装置使冷却水在放电管周围流动；气体流量调节器，该气体流量调节器控制从臭氧产生器输出的臭氧化气体的流量；臭氧浓度计，该臭氧浓度计测量臭氧化气体的臭氧浓度；以及控制装置，该控制装置控制臭氧产生器用电源的功率、和气体流量调节器，控制装置包括存储电费单价的电费单价存储部、以及存储气费单价的气费单价存储部，根据存储在电费单价存储部中的电费单价、存储在气费单价存储部中的气费单价、以及臭氧化气体所要求的所需臭氧产生量，对于作为臭氧产生量基础参数的臭氧浓度及气体流量决定使运行成本最低的值，控制气体流量调节器以使得变成为该决定的气体流量，并控制臭氧产生器用电源的功率以使得变成为所决定的臭氧浓度。
发明效果
[0012]本发明所涉及的臭氧产生系统采用上述结构，因此能够以运行成本最低的运行条件来产生所需的臭氧产生量，因而能提供运行成本较低的臭氧产生系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是表示本发明实施方式I所涉及的臭氧产生系统的简要结构的框图。
图2是表示构成本发明实施方式I所涉及的臭氧产生系统的臭氧产生器的简要结构的剖视图。
图3是表示应用本发明的臭氧产生系统的动作特性的一个示例的曲线图。
图4是将本发明实施方式I所涉及的臭氧产生系统的动作特性的一个示例与现有例进行比较来说明的曲线图。
图5是表示构成本发明实施方式I所涉及的臭氧产生系统的臭氧产生量基础参数最佳值存储部中存储的数据的一个示例的表格。
图6是将本发明实施方式I所涉及的臭氧产生系统的动作特性的其他示例与现有例进行比较来说明的曲线图。
图7是表示构成本发明实施方式I所涉及的臭氧产生系统的臭氧产生量基础参数最佳值存储部中存储的数据的其他示例的表格。
图8是表示本发明实施方式2所涉及的臭氧产生系统的简要结构的框图。
图9是表示本发明实施方式2所涉及的臭氧产生系统的控制流程的流程图。
图10是表示本发明实施方式3所涉及的臭氧产生系统的简要结构的框图。
图11是表示本发明实施方式6所涉及的臭氧产生系统的主要部分动作的基本示例的框图。
图12是表示本发明实施方式6所涉及的臭氧产生系统的主要部分动作的其他示例的框图。
图13是表示本发明实施方式7所涉及的臭氧产生系统的主要部分动作的基本示例的框图。
图14是表示本发明实施方式7所涉及的臭氧产生系统的主要部分动作的比较示例的框图。
图15是表示本发明实施方式7所涉及的臭氧产生系统的主要部分动作的一个示例的框图。 【具体实施方式】
[0014]实施方式1.图1是本发明实施方式I所涉及的臭氧产生系统的框图。这里，以如下系统为例进行说明，该系统利用臭氧化气体对作为被处理水的例如洁净水进行处理。从原料气体提供装置2向臭氧产生器I提供原料气体。原料气体以氧气为主要成分，添加有微量的氮气。原料气体提供装置2例如是液氧贮存箱。臭氧产生器I与产生高频高电压的臭氧产生器用电源3连接，在臭氧产生器I内部的放电管中产生放电，通过放电使得原料气体中的氧气的一部分变化成臭氧，成为臭氧化气体。臭氧产生器I的出口配管连接有流量调节阀4和气体流量计5，另外臭氧化气体的一部分被采样，被采样的气体进入到臭氧浓度计6中。因臭氧产生器I的放电而产生的热量通过来自冷却装置7的冷却水被冷却。冷却水的温度由冷却水温度计8测定。作为臭氧化气体的处理对象的被处理水10的一部分通过喷射器泵11被送入喷射器12，被导入喷射器12的臭氧化气体通过喷射器12作为微小气泡分散在水中，臭氧溶入水中。从喷射器12喷出的含臭氧的水与被处理水合流，被导入臭氧反应槽，由臭氧对水中的有机物进行氧化分解处理。
[0015]这里，对臭氧产生器I的简要结构进行说明。图2是表示用于水处理等中的臭氧产生器的基本结构的剖视图。在圆筒形状的玻璃管等电介质管101的内壁形成金属膜102作为高压电极，在电介质管101的外部呈同心圆状地配置圆筒状金属管103作为接地电极。金属管103安装于电接地的臭氧产生箱104。通过形成有金属膜102的电介质管101和金属管103来构成放电管100。从臭氧产生器用电源3向金属膜102提供高频高电压，若在金属膜102与金属管103之间施加高频高电压，则在电介质管101与金属管103之间的放电间隙110中产生放电。放电间隙110是放电间隙长度D例如为0.3mm的非常窄的间隙。在金属管103的周围，用于使因放电所产生的热量冷却的冷却水105从冷却装置7循环流动。从原料气体提供装置2通过原料气体输入口配管106导入原料气体。被导入的原料气体在通过放电间隙110的过程中由于放电而变为臭氧化气体，臭氧化气体由出口配管107输出。图2中仅示出I根放电管100，但是在大容量的臭氧产生器I中，I台即一个臭氧箱体104中并排设置有多个放电管100，在较多的情况下则并排设置有1000根左右。
[0016]从输入部21向控制臭氧产生系统的控制装置20输入电费单价、氧气费单价，分别存储在电费单价存储部22、气费单价存储部23中。另一方面，从臭氧产生器用电源3输入电源的功率测定值，从气体流量计5输入气体流量测定值，从臭氧浓度计6输入臭氧浓度测定值，从冷却水温计8输入冷却水温度测定值。另外，从其他控制装置向控制装置20输入所需臭氧产生量以作为指令值。在控制装置20中，利用控制参数设定部24实时地评估运行成本，并决定各个参数使得臭氧产生系统以在该时刻运行成本最低的参数进行动作，向臭氧产生器用电源3输出功率指令值，向流量调节阀4输出开度指令值，向喷射器泵11输出输出指令值。
[0017]接着，对动作的详细情况进行说明。臭氧产生器I及臭氧产生器用电源3被设计成，在冷却水温度最大值30°C、臭氧浓度10wt%下得到最大臭氧产生量=10kg/h，以作为额定最大功率。通常，在夏季的温度较高时冷却水温度最高，在洁净水的情况下由于从河流、湖泊取水的水质也较差因此需要最大臭氧产生量。因而，夏季以臭氧浓度10wt%在臭氧产生量10kg/h的最大输出下进行运行。然而，秋季、春季、特别是冬季由于水质变好，因此臭氧产生量的所需量变少。另外，由于冷却水温例如在冬季下降到10°c，因此臭氧产生器I的效率提高。
[0018]图3示出上述情况。图3的横轴表示臭氧产生器I的冷却水温度，纵轴表示臭氧产生器I能运行的最大臭氧浓度。在产生额定臭氧产生量10kg/h的臭氧的情况下，在图中虚线的交叉点所示出的动作点、即水温30°c下，最大臭氧浓度为10wt%。此时，臭氧产生器用电源3以最大功率约IOOk W进行动作。若水温下降到10°C则臭氧产生效率变高，因此电源功率下降到约85kW左右，作为电源能够有余量。由于电源有余量，因此即使提高臭氧浓度以降低臭氧产生效率，若将电源功率提高到IOOkW,则也能够产生臭氧产生量10kg/h。图3的不例中能够将最大臭氧浓度提闻到约13wt%。
[0019]另外，在臭氧产生量低于额定、例如为5kg/h的情况下，水温10°C下的最大臭氧浓度能够提高到16wt%。若提高臭氧浓度则效率变差，从而需要比10wt%更大的功率，但由于电源与额定时相比有输出余量，因此能增大功率。
[0020]图4中示出使用图3所示的特性例的臭氧产生系统时的运行成本。横轴表示臭氧浓度，纵轴表示运行成本。图4中，实线所示的部分表示臭氧产生器用电源3的最大额定功率以下的能运行的区域，虚线所示的部分表示电源容量不足、不能运行的区域。夏季在水温30°C下需要臭氧产生量10kg/h，因此对于臭氧浓度，在能运行的区域(实线)中运行成本最廉价的臭氧浓度10wt%(A点)下进行运行。春季和秋季在水温20°C下需要臭氧产生量7kg/h，因此对于臭氧浓度，在能运行的区域中运行成本最廉价的臭氧浓度12.5wt%(B点)下进行运行。冬季在水温10°C下需要臭氧产生量5kg/h，因此对于臭氧浓度，在能运行的区域中运行成本最廉价的臭氧浓度14.5wt%(C点)下进行运行。[0021]利用运行成本最低的臭氧浓度最佳点的控制方法、即运行成本最小化控制方法如下。控制装置20将冷却水温、所需臭氧产生量作为参数，并预先输入臭氧产生器I和臭氧产生器用电源3的耗电量特性及电源的最大额定功率，并存储在耗电量特性存储部25中。控制参数设定部24中，根据该存储的特性和存储在电费单价存储部22中的电费单价来计算出电费。另外，根据存储在气费单价存储部23中的氧气费单价来计算出氧气费，并计算出其与电费之和以作为运行成本。根据该特性曲线，计算出最佳的臭氧浓度的动作点(A点、B点、C点)。另一方面，控制参数设定部24中，在输入电费单价、氧气费单价的时刻，将冷却水温、所需臭氧产生量作为参数，在各个冷却温度、所需臭氧产生量的组中计算使运行成本最低的臭氧浓度，制作如图5所示的最佳臭氧浓度表格的数据。这里，臭氧浓度与气体流量相乘后的值为臭氧产生量。所需臭氧产生量是系统所需的值，若作为预先决定的值的臭氧浓度和气体流量中的一个值能够被决定，则另一个值也能够被决定。因此，将臭氧浓度和气体流量称为臭氧产生量基础参数。将图5的最佳臭氧浓度表格的数据存储在臭氧产生量基础参数最佳值存储部26中。
[0022]这里，也可利用气体流量的最佳值取代臭氧浓度而将气体流量的最佳值存储在臭氧产生量基础参数最佳值存储部26中。图6中示出在与图4的动作特性所示的装置相同的装置中、将横轴作为气体流量且将纵轴作为运行成本的动作特性的图。图6中，实线所示的部分表示臭氧产生器用电源3的最大额定功率以下的能运行的区域，虚线所示的部分表示电源容量不足、不能运行的区域。夏季在水温30°C下需要臭氧产生量10kg/h，因此对于气体流量，在能运行的区域(实线)中运行成本最廉价的气体流量100kg/h(A点)下进行运行。春季和秋季在水温20°C下需要臭氧产生量7kg/h，因此对于气体流量，在能运行的区域中运行成本最廉价的气体流量56kg/h(B点)下进行运行。冬季在水温10°C下需要臭氧产生量5kg/h，因此对于臭氧浓度，在能运行的区域中运行成本最廉价的气体流量34.5kg/h(C点)下进行运行。
[0023]利用气体流量的最佳点的运行方法如下。控制装置20将冷却水温、所需臭氧产生量作为参数，并预先输入臭氧产生器I和臭氧产生器用电源3的耗电量特性，并存储在耗电量特性存储部25中。控制参数设定部24中，根据该存储的特性和存储在电费单价存储部22中的电费单价来计算 出电费。另外，根据存储在气费单价存储部23中的氧气费单价来计算出氧气费，并计算出氧气费与电费之和以作为运行成本。根据该特性曲线，计算出最佳的气体流量的动作点(图6的A点、B点、C点)。另一方面，控制参数设定部24中，在输入电费单价、氧气费单价的时刻，将冷却水温、所需臭氧产生量作为参数，在各个冷却温度、所需臭氧产生量的组中计算使运行成本最低的气体流量，制作如图7所示的最佳气体流量表格的数据。将如图7所示的最佳气体流量表格的数据存储在臭氧产生量基础参数最佳值存储部26中。
[0024]如上所述，通过预先将各个冷却温度、所需臭氧产生量的组中使运行成本最低的臭氧浓度或气体流量作为数据进行存储，从而具有能够降低控制装置的S/W设计和制作成本的优点。
[0025]控制参数设定部24中，根据存储在臭氧产生量基础参数最佳值存储部26中的数据，从运行时的冷却水温度和所需臭氧产生量，读取出最佳气体流量或最佳臭氧浓度。若最佳气体流量或最佳臭氧浓度被决定，则根据下式计算出另一方，从而决定最佳臭氧浓度和最佳气体流量。
(所需臭氧产生量)=(最佳气体流量)X (最佳臭氧浓度)
以上是本实施方式I所涉及的决定臭氧产生量基础参数值的、臭氧产生量基础参数值决定步骤。
[0026]此外，上述说明中，虽然说明了在臭氧产生量基础参数最佳存储部26中存储最佳臭氧浓度或最佳气体流量中的一个值，但也可存储最佳臭氧浓度和最佳气体流量的组。在这种情况下，无需根据一方来计算另一方。
[0027]接下来，控制流量调节阀4的开度，使得气体流量计的输出值变成为所决定的最佳气体流量。之后，调整对于臭氧产生器用电源3的功率指令值，控制电源功率以使得臭氧浓度计的输出变成为所决定的最佳臭氧浓度。利用以上的运行成本最小化控制，能够进行运行成本最低的运行。
[0028]现有的臭氧产生系统中，如图4、图6所示，臭氧浓度恒定地进行运行，因此春季和秋季在BI点下，冬季在Cl点下进行运行。与现有的动作点BI点及Cl点相比，图4、图6的B点及C点的运行成本更廉价。即使在相同的季节，由于白天和夜晚在净水厂中所使用的水量不同，因此所需的臭氧产生量不同，因而最佳的臭氧浓度随着一天中的时间段变化而变化。另外，由本实施方式I的说明可知，由于运行臭氧浓度、运行气体流量根据冷却水温度、所需臭氧产生量而产生变化，因此需要将冷却水温度和所需臭氧产生量这两个参数输入到控制装置20。
[0029]另外，运行成本还受到氧气费单价、电费单价的影响。对于运行臭氧产生装置的国家、地区、地点而言，电费互不相同。另外，根据离液氧提供工厂是否较近，运输成本等会产生变化，因此氧气费单价会产生变化。通过预先存储这种电费单价、气费单价，以上述那样的决定方法来决定动作点，.从而即使因不同季节的冷却水温度变化而导致臭氧产生器效率产生变化，或者因季节、时间段而导致被处理水的处理水量、水质产生变化，也能一直进行运行成本最低的运行。
[0030]而且，也存在根据季节、时刻的不同而导致电费不同的情况。在这种情况下，对于每一个代表性的电费单价，通过预先制作图5、图7所示的最佳臭氧浓度或最佳气体流量的表格，从而即使电费产生变化也能够一直进行运行成本最低的运行。
[0031]在水处理中所使用的大容量臭氧产生器的情况下，使用并排连接有多个放电管的臭氧产生器。为了以当前水处理中所使用的臭氧浓度10wt%以上的高浓度来高效地产生臭氧，对于图2所示的放电间隙长度D、及放电管的气体压力，最好以如下方式使该臭氧产生器运行，
放电间隙长度D:0.3mm以下(优选为0.2mm以下)
气体压力:0.08 ?0.2OMPa(G)。
在这种臭氧产生器中，即使臭氧浓度为12wt%，也能高效地产生臭氧。特别是，通过使放电间隙长度在0.3mm以下，从而就算臭氧浓度为14wt%也能高效地产生。然而，如本发明的技术问题所说明的那样，若以12?14wt%这样的高浓度来设计装置，则相比于通常浓度的10wt%，臭氧产生效率更差，其结果是需要增大电源输出，另外还需要增加臭氧产生器中所使用的放电管的根数，因此存在装置的初始成本变高的缺点。因此，虽然能够制造能产生高浓度臭氧的装置，但从初始成本的方面考虑，超过10wt%的浓度下的臭氧使用并未普及。[0032]通过将本实施方式I的运行成本最小化控制与将放电间隙长度D、及放电管的气体压力如上述那样进行设计的臭氧产生器进行组合，从而能够提供如下的臭氧产生系统:其能够使初始成本与一般的臭氧产生系统相同且能减少运行成本。
[0033]在上述的动作条件以外的情况下，高臭氧浓度下的臭氧产生效率变差，因此与臭氧浓度10wt%恒定地进行运行的情况相比，运行成本降低效果较小，为2%以下。在放电间隙长度为0.3mm以下的臭氧产生器中，能够实现3%以上的运行成本降低。而且，在放电间隙长度为0.2mm以下的臭氧产生器中，能够将运行成本降低5%以上。本发明通过这样应用于放电间隙长度为0.3mm以下、进一步优选为0.2mm以下的较小的放电间隙长度的臭氧产生器，从而可起到更好的效果。
[0034]实施方式2.图8是表示本发明的实施方式2所涉及的臭氧产生系统的简要结构的框图。图8中，与图1相同的标号表示相同或相当的部分。另外，图9中示出控制装置200的控制流程。实施方式I中，预先将运行成本最低的最佳臭氧浓度或最佳气体流量存储在臭氧产生量基础参数最佳值存储部26中。与此不同的是，本实施方式2的臭氧产生系统一边使臭氧浓度变化一边计算运行成本，从而由控制装置200自身来找出运行成本最低的臭氧浓度和气体流量。本实施方式2中,无需冷却水温度计,也无需向控制装置200输入冷却水温度。然而，也可输入冷却水温度以作为设定初始指示值的基准。
[0035]具体动作的详细情况如下。首先，从电费单价存储部22及气费单价存储部23读取电费单价、氧气费单价(STl)。接下来，设定臭氧浓度的初始指示值(图9中设为10wt%)(ST2)，读取所需臭氧产生量(ST3)。通过下式求出所需臭氧产生量即臭氧产生器所产生的臭氧产生量、以及根据臭氧浓度所要设定的气体流量(ST4)。 (气体流量)=(臭氧产生量)+ (臭氧浓度)
控制流量调节阀，使得气体流量计的测定值与上式所求出的气体流量相等(ST5)。之后，调整电源功率，并调整臭氧产生器用电源3的功率以使得臭氧浓度计测定值变成为臭氧浓度的指示值(ST6)。运行成本运算部27中，根据电源的耗电量来计算电费，根据气体流量来计算气费，从而计算出该臭氧浓度下的运行成本(ST7)。以上是运行成本计算控制步骤，在实施该运行成本计算控制步骤之后，判断是否能决定出运行成本最低的臭氧浓度(ST8)。在无法决定的情况下，使臭氧浓度指示值增加预定值、例如0.5wt%(ST9)，进行与上述相同的步骤，计算出该动作点下的运行成本。若运行成本下降，则进一步使臭氧浓度指示值增加。相反若运行成本上升，则使臭氧浓度指示值降低。以上是运行成本比较步骤，使臭氧浓度变化并重复进行该运行成本比较步骤，直到能够决定运行成本最低的臭氧浓度为止，从而决定运行成本最低的臭氧浓度。以上是本实施方式2所涉及的决定臭氧产生量基础参数值的、臭氧产生量基础参数值决定步骤。若利用该臭氧产生量基础参数值决定步骤，能够决定运行成本最低的臭氧浓度及气体流量，则设定成该臭氧浓度及气体流量并继续运行臭氧产生系统(STlO)。以上是最初设定臭氧浓度，但也可最初设定气体流量。若设定一方，则可根据所需臭氧产生量计算出另一方。
[0036]该实施方式2中，在被处理水为洁净水的情况下，例如每一个小时左右使所需臭氧产生量的指示值变化。与此不同的是，气体流量调整的控制循环达到稳定的时间为I分钟左右，臭氧浓度控制的控制循环达到稳定的时间为I?5分钟左右。因而，使臭氧浓度变化3?4个点来求出浓度最佳点所需的时间在5?30分钟以内，其短于臭氧产生量的指示值产生变化的时间，因此能计算出臭氧浓度最佳点。
[0037]本实施方式2中，由于一直求出臭氧浓度最佳点，因此即使在臭氧产生器I老化的情况下也是有效的。例如在放电管劣化的情况下，无法得到预定的臭氧产生效率，其结果是，臭氧浓度最佳点偏离刚制造后的最佳点。根据本实施方式2，由于一直计算臭氧浓度最佳点，因此能够以最低的运行成本来运行，而不受到放电管老化的影响。
[0038]实施方式3.图10是表示本发明的实施方式3所涉及的臭氧产生系统的简要结构的框图。图10中，与图1及图8相同的标号表示相同或相当的部分。本实施方式3是通过将实施方式I与实施方式2进行组合从而能够进一步对控制进行改善的实施方式。该实施方式3中，控制装置210对于两个参数、冷却水温度和臭氧产生量，在臭氧产生量基础参数最佳值存储部260中存储图5那样的最佳臭氧浓度的数据(最佳臭氧浓度表格)、或图7那样的最佳气体流量的数据(最佳气体流量表格)以作为初始值。下面，假设在臭氧产生量基础参数最佳值存储部260中存储最佳臭氧浓度的数据来进行说明。
[0039]首先，按照最佳臭氧浓度表格开始运行。运行开始后，基于最佳臭氧浓度表格，利用与实施方式2相同的步骤在最佳臭氧浓度的前后使臭氧浓度产生变化，并求出该时刻下的臭氧浓度的最佳值。此时，基于该结果，更新最佳臭氧浓度表格。由此能够简单地进行控制S/W，因此能够降低装置成本。
[0040]另外，通过进行上述那样的控制，从而能够将装置的老化状况反映在最佳臭氧浓度表格中，因此只需一直在臭氧浓度最佳点的周围进行运行成本最小化控制即可，且使臭氧浓度产生变化的范围较窄即可，因此能够迅速地进行控制。另外，由于臭氧浓度偏离最佳点的偏离量较少，因此能够进一步将运行成本控制得最低。
[0041]图5、图7的示例中，示出了将冷却水温度的刻度设为5°C,将臭氧产生量额定值设为10kg/h，将其刻度设为lkg/h的情况下的示例，但通过使刻度大小较细，从而能够进一步实现运行成本的最低化。
[0042]实施方式4.实施方式I至实施方式3中，运行成本仅考虑了臭氧产生装置的电费和气费，但如图1等所示，在使用用于将臭氧化气体溶解到水中的喷射器12以作为附带装置的情况下，若将喷射器泵11的耗电量的电费也加到运行成本中进行评估，则能够进行运行成本更小的运行。本实施方式4中，调整成使得流到喷射器12中的气体量G与水量L之比(G/L比)成为恒定，以提高臭氧在水中的溶解率。因而，即使所需臭氧浓度相同，由于气体流量G根据臭氧浓度而产生变化，因此需要调整水量L，喷射器泵11的功率产生变化。由于决定最佳臭氧浓度以使得将该喷射器泵11的电费也包含在内的运行成本成为最低值，因此能够降低系统整体的运行成本。
[0043]另外,有时作为原料气体提供装置还使用PSA(Pressure Swing Absorption:变压吸附)、或VPSA(Vacuum Pressure Swing Absorption:真空变压吸附)。该装置是使用吸附剂从空气中浓缩氧气的装置。通常PSA (或VPSA)大多在气体流量恒定的情况下使用，但近年来开始制造能够调整气体流量的装置，在这种情况下由于改变将空气送入PSA(或VPSA)的压缩机、送风机的空气流量，因此压缩机、送风机等附带装置的耗电量根据空气流量而产生变化，电费也产生变化。因而，在使用PSA (或VPSA)使原料气体流量产生变化进行使用的情况下，通过将PSA(或VPSA)中所使用的压缩机、送风机等设备的电费也包含在运行成本之中来进行臭氧浓度最佳化，从而能够实现系统整体的运行成本降低。
[0044]另外，虽然除此以外所使用的耗电量较少，但通过将用于使冷却水送入臭氧产生器I的冷却装置7的耗电量、用于在臭氧反应层中使未消耗的臭氧分解的排臭氧分解装置(未图示)所使用的耗电量即附带装置的耗电量也包含在内地进行评估，从而可进一步使系统整体的运行成本降低。关于臭氧产生器I的冷却装置7，若臭氧产生量减少，则所需水量减少，因此能够减少耗电量。另外，若气体流量变少，则能够降低排臭氧风扇驱动用电动机的耗电量。因而，通过控制臭氧浓度以使得整体的运行成本成为最低，从而能够减小成本。
[0045]实施方式5.实施方式I?实施方式4中，示出了利用最佳臭氧浓度、最佳气体流量来一直进行使得运行成本成为最低的运行成本最小化控制的情况，但有时使用者要以恒定的臭氧浓度来使用，因此也可使得能够切换运行成本最小化控制的开/关。例如，也可在控制装置中设置运行成本最小化控制开启按钮(经济模式按钮)、开关(经济模式开关)，或者也可以使得能够通过控制装置的触摸屏上的操作来进行切换。使用者可根据需要来选择运行成本最小化控制运行，能够进行降低运行成本的运行。
[0046]另外，通过在控制装置的显示画面上进行运行成本最小化控制，从而显示能够减小多少运行成本。为此，输入作为基准的臭氧浓度(例如10wt%)，并显示与以基准臭氧浓度进行运行时相比通过进行运行成本最小化控制从而能够减小多少运行成本。运行成本降低额可以按一天的累计值来显示，也可以将运行开始之后的累计值作为成本减小额实际累计值进行显示，也可以将一天、一周、一个月、一年的趋势显示成表格或曲线图。通过这样进行显示，从而使用者能够准确地掌握减小额。另外，若所显示的数值不仅包括运行成本减小额而且还显示运行成本的值，则既能够掌握整体情况，还可以分成气费、电费来进行显示。
[0047]而且，对于过去不进行运行成本最小化控制运行而以臭氧浓度恒定控制来运行的情况进行评估，并对于 进行运行成本最小化控制运行时能够将运行成本从多少改善成多少的预测值进行评估，并显示在画面上。特别是，若将该显示应用于能够切换运行成本最小化控制开/关的结构中，则使用者容易判断是否要切换成运行成本最小化控制运行。
[0048]另外，在使用散气管、散气盘作为将臭氧溶解到水中的装置的情况下，由于当气体流量过分下降时散气管、散气盘容易产生堵塞，因此有时还设置气体流量的下限。为了应对这种情况，使得能够设定臭氧浓度的上限，或者能够设定气体流量的下限。通过这样，能够在发挥臭氧处理性能的同时使运行成本最低。另外，原料气体提供装置2的气体提供能力有上限，臭氧产生器I也存在当气体流动过大时臭氧产生器I的压损变大从而效率下降的情况，因此若使得能够设定臭氧浓度下限，或者能够设定气体流量上限，则能根据装置的提供能力，进行可靠性较高的运行。
[0049]实施方式6.通常的臭氧处理系统中，使用多台臭氧产生器的情况较多。在这种情况下，当进行额定运行时如图11所示，例如两台臭氧产生器la、lb分别以臭氧产生量10kg/h、臭氧浓度10wt%来进行全功率运行。在臭氧产生量的所需量逐渐减少，例如成为额定的80%的臭氧产生量的情况下，两台臭氧产生器分别以臭氧产生量8kg/h、臭氧浓度12wt%进行运行时运行成本最低。在进一步缩小臭氧产生量，成为额定的10%的臭氧产生量的情况下，相比于两台臭氧产生器la、Ib分别以lkg/h进行运行，如图12所示使一台臭氧产生器Ib停止、仅使臭氧产生器Ia这一台以臭氧产生量2kg/h、臭氧浓度16wt%进行运行时更为廉价。这是由于，若输出降低则无负载损耗(电源变压器的损耗、电源冷却用风扇的耗电量、产生器冷却水泵的耗电量等)的比例增加，相对于臭氧产生器用电源整体的电输入的臭氧产生效率变差。
[0050]在使多台臭氧产生器进行运行的情况下，计算出改变臭氧产生器的台数时的运行成本，并决定运行台数和臭氧浓度以使得运行成本成为最低值。通过这样，从而能够降低整个系统的运行成本。
[0051]实施方式7.图13是使用两台制氧装置(PSA) 2a、2b以作为原料气体源即原料气体提供装置2，并使用两台臭氧产生器la、lb的示例。臭氧产生器la、lb分别以臭氧产生量10kg/h、臭氧浓度10wt%进行运行。PSA2a、2b分别提供氧气流量100kg/h。PSA难以使气体流量产生变化，因而在将臭氧产生量从额定量使其下降的情况下，大多使气体流量保持恒定、使臭氧浓度下降来调整臭氧产生量。在这种情况下，由于压送PSA内部气体的装置持续送出一定量的气体，因此耗电量较多。即使臭氧产生量下降也不能使PSA的耗电量下降，从而无法进行经济的运行。例如，图14示出使臭氧产生量成为额定的70%时的各部分的氧气流量和臭氧产生量、臭氧浓度。
[0052]本实施方式7中，对改变PSA的运行台数并使臭氧浓度产生变化时的运行成本进行计算来求出最佳运行台数和臭氧浓度，其结果是，进行图15所示的运行。PSA2b停止运行，仅由一台PSA2a提供100kg/h的氧气。分别向两台臭氧产生器la、Ib提供50kg/h的氧气，臭氧产生器la、lb以运行成本最低的臭氧浓度14wt%进行运行，分别产生7kg/h的臭氧。该示例中，由于仅有一台PSA运行，因此PSA的耗电量减半。本实施方式7中，能够进行整体上抑制运行成本的运行。. 标号说明
[0053]1:臭氧产生器2:原料气体提供装置 3:臭氧产生器用电源 4:气体流量调节阀
5:气体流量计6:臭氧浓度计
7:冷却装置8:冷却水温计
10:被处理水12:喷射器
20,200,210:控制装置21:输入部
22:电费单价存储部23:气费单价存储部
24:控制参数设定部25:耗电量特性存储部
26,260:臭氧产生量基础参数最佳值存储部
27:运行成本运算部
100:放电管110:放电间隙
【权利要求】
1.一种臭氧产生系统,包括: 臭氧产生器，该臭氧产生器具有放电管； 原料气体提供装置，该原料气体提供装置向该臭氧产生器提供含氧的原料气体； 臭氧产生器用电源，该臭氧产生器用电源用于向所述放电管施加高频高电压； 冷却装置，该冷却装置使冷却水在所述放电管周围流动； 气体流量调节器，该气体流量调节器控制从所述臭氧产生器输出的臭氧化气体的流量; 臭氧浓度计，该臭氧浓度计测量所述臭氧化气体的臭氧浓度；以及 控制装置，该控制装置控制所述臭氧产生器用电源的功率、和所述气体流量调节器， 该臭氧产生系统的特征在于， 所述控制装置包括存储电费单价的电费单价存储部、以及存储气费单价的气费单价存储部，根据存储在所述电费单价存储部中的电费单价、存储在所述气费单价存储部中的气费单价、以及所述臭氧化气体所要求的所需臭氧产生量，对于作为臭氧产生量基础参数的臭氧浓度及气体流量决定使运行成本最低的值，控制所述气体流量调节器以使得变成为该决定的气体流量，并控制所述臭氧产生器用电源的功率以使得变成为所述决定的臭氧浓度。
2.如权利要求1所述的臭氧产生系统，其特征在于， 包括冷却水温计，该冷却水温计测量所述冷却水的水温， 所述控制装置具有臭氧产生量基础参数最佳值存储部，该臭氧产生量基础参数最佳值存储部将冷却水温和臭氧产生量作为参数，对于臭氧产生量基础参数中的一个臭氧产生量基础参数存储使运行成本最低的最佳值，从该臭氧产生量基础参数最佳值存储部读取与所述冷却水温计的冷却水温测量值和所述所需臭氧产生量相对应的臭氧产生量基础参数最佳值，根据该读取出的臭氧产生量基础参数最佳值和所述所需臭氧产生量，决定运行的臭氧浓度和气体流量，控制所述气体流量调节器以使得变成为该决定的气体流量，并且控制所述臭氧产生器用电源的功率以使得所述臭氧浓度计的臭氧浓度测量值变成为所述决定的臭氧浓度。
3.如权利要求1所述的臭氧产生系统，其特征在于， 所述控制装置执行如下运行成本计算控制步骤:根据臭氧产生量基础参数中的一个臭氧产生量基础参数的预定值和所述所需臭氧产生量，决定运行的臭氧浓度和气体流量，控制所述气体流量调节器以使得变成为该决定的气体流量，并且控制所述臭氧产生器用电源的功率以使得变成为所述决定的臭氧浓度，并根据此时的所述臭氧产生器用电源的功率和所述决定的气体流量来计算出运行成本， 并执行如下运行成本比较步骤:在该运行成本计算控制步骤之后，使所述一个臭氧产生量基础参数的预定值增加或减少，决定接下来运行的臭氧浓度和气体流量，控制所述气体流量调节器以使得变成为该决定的接下来运行的气体流量，并且控制所述臭氧产生器用电源的功率以使得变成为所述决定的接下来运行的臭氧浓度，根据此时的所述臭氧产生器用电源的功率和所述决定的接下来运行的气体流量来计算出运行成本，比较该计算出的运行成本和在此之前所计算出的运行成本， 通过进一步对所述运行成本比较步骤依次进行重复，从而找出使运行成本最低的臭氧产生量基础参数的值，并控制所述气体流量调节器及臭氧产生器用电源，以使得变成为该找出的臭氧产生量基础参数的值，并继续运行。
4.如权利要求3所述的臭氧产生系统，其特征在于， 包括冷却水温计，该冷却水温计测量所述冷却水的水温， 所述控制装置具有臭氧产生量基础参数最佳值存储部，该臭氧产生量基础参数最佳值存储部将冷却水温和臭氧产生量作为参数，对于臭氧产生量基础参数中的一个臭氧产生量基础参数存储使运行成本最低的最佳值，从该臭氧产生量基础参数最佳值存储部读取与所述冷却水温计的冷却水温测量值和所述所需臭氧产生量相对应的臭氧产生量基础参数最佳值，将该读取出的臭氧产生量基础参数最佳值作为最初的所述臭氧产生量基础参数的预定值。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的臭氧产生系统，其特征在于， 将附带装置的耗电量包含在内来计算运行成本。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的臭氧产生系统，其特征在于， 所述放电管的放 电间隙长度为0.3mm以下，臭氧产生器内部的气体压力为0.0SMPa到0.2MPa的范围的压力。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的臭氧产生系统，其特征在于， 包括多个臭氧产生器，找出使运行成本最低的臭氧产生器的运行台数，并以该找出的运行台数来运行臭氧产生器。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的臭氧产生系统，其特征在于， 包括多个原料气体提供装置，找出使运行成本最低的原料气体提供装置的运行台数，并以该找出的运行台数来运行原料气体提供装置。
9.一种臭氧产生系统的运行方法，所述臭氧产生系统包括: 臭氧产生器，该臭氧产生器具有放电管； 原料气体提供装置，该原料气体提供装置向该臭氧产生器提供含氧的原料气体； 臭氧产生器用电源，该臭氧产生器用电源用于向所述放电管施加高频高电压； 冷却装置，该冷却装置使冷却水在所述放电管周围流动； 气体流量调节器，该气体流量调节器控制从所述臭氧产生器射出的臭氧化气体的流量; 臭氧浓度计，该臭氧浓度计测量所述臭氧化气体的臭氧浓度；以及控制装置，该控制装置包括存储电费单价的电费单价存储部、以及存储气费单价的气费单价存储部， 所述臭氧产生系统的运行方法包括: 臭氧产生量基础参数值决定步骤，该臭氧产生量基础参数值决定步骤中，基于存储在所述电费单价存储部中的电费单价、存储在所述气费单价存储部中的气费单价、以及所述臭氧化气体所要求的所需臭氧产生量，对于作为臭氧产生量基础参数的臭氧浓度及气体流量决定使运行成本最低的值；以及 控制所述气体流量调节器以使得变成为该决定的气体流量，并且控制所述臭氧产生器用电源的功率以使得变成为所述决定的臭氧浓度的步骤。
10.如权利要求9所述的臭氧产生系统的运行方法，其特征在于，所述臭氧产生量基础参数值决定步骤包括: 运行成本计算控制步骤，该运行成本计算控制步骤中，根据臭氧产生量基础参数中的一个臭氧产生量基础参数的预定值和所述所需臭氧产生量，决定运行的气体流量和臭氧浓度，控制所述气体流量调节器以使得变成为该决定的气体流量，并且控制所述臭氧产生器用电源的功率以使得变成为所述决定的臭氧浓度，并根据此时的所述臭氧产生用电源的功率和所述气体流量来计算运行成本； 运行成本比较步骤，该运行成本比较步骤中，在该运行成本计算控制步骤之后，使所述一个臭氧产生量基础参数的预定值增加或减少，决定接下来运行的臭氧浓度和气体流量，控制所述气体流量调节器以使得变成为该决定的接下来运行的气体流量，并且控制所述臭氧产生器用电源的功率以使得变成为所述决定的接下来运行的臭氧浓度，根据此时的所述臭氧产生用电源的功率和所述决定的接下来运行的气体流量来计算运行成本，比较该计算出的运行成本和在此之前所计算出的运行成本；以及 通过进一步对所述运行成本比较步骤依次进行重复，从而决定使运行成本最低的臭氧产生量基础参数的值的步骤。`
【文档编号】C01B13/11GK103443024SQ201180069317
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2011年4月13日 优先权日:2011年4月13日
【发明者】中谷元, 田村哲也, 江崎德光, 尾台佳明, 竹田智昭 申请人:三菱电机株式会社