JP2003161117A - 電力供給消費システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力を効率的に供給して消費できる電力供給
消費システムを提供する。 【解決手段】 電力供給消費システムＳは、電力を受け
る受電部Ｅと、この受電部Ｅから供給される電力を消費
して駆動する駆動部Ｍ１〜Ｍｎと、この駆動部Ｍ１〜Ｍ
ｎから排出される熱を使用して電力を発生させ且つこの
発生した電力を再び受電部Ｅまたは駆動部Ｍ１〜Ｍｎに
供給する電力発生装置１とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工場等において電
力を効率的に供給して消費するための電力供給消費シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、工場で使用される電力は、電力
会社（発電所）からの供給に依存している。図６は、工
場における電力の供給形態を示している。図示のよう
に、板金加工工場等の工場Ａは、送電線Ｂおよび変電所
Ｃを介して、発電所（電力会社）Ｄに接続されている。
また、工場Ａは、受電設備Ｅと、例えば板金加工を行な
うために必要な各種のマシンＭ１〜Ｍｎとを備えてお
り、発電所Ｄから送電線Ｂおよび変電所Ｃを介して供給
される電力を受電設備Ｅにより受けて、これを各マシン
Ｍ１〜Ｍｎの作動のために使用している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示される一般的な電力供給形態では、幾つかの問題が生
じる。すなわち、発電所Ｄでは最大消費に見合った設備
や稼動が必要であるため、結果として、発生電力が過剰
になる。また、電力を送電線Ｂにより長い距離にわたっ
て送らなければならないため、電力の損失が大きい。更
に、工場Ａ内においても、無効なエネルギが熱等になっ
て放出される。

【０００４】このように、発電、送電、受電、消費を伴
う一般的な電力供給形態では、多くのエネルギが無駄に
なるとともに、ＣＯ_２や熱が発生して、地球温暖化や自
然破壊を加速させている。

【０００５】また、昨今では、資源の再利用（リサイク
ル）が叫ばれており、ハイブリッドカーや省エネルギ商
品などが多く販売されている。

【０００６】本発明は、前記事情に着目してなされたも
ので、電力を効率的に供給して消費できる電力供給消費
システムを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に記載された電力供給消費システムは、電
力を受ける受電部と、この受電部から供給される電力を
消費して駆動する駆動部と、この駆動部から排出される
熱を使用して電力を発生させ且つこの発生した電力を再
び前記受電部または前記駆動部に供給する電力発生装置
とを備えていることを特徴とする。

【０００８】この請求項１に記載された電力供給消費シ
ステムにおいては、駆動部の排熱を利用して発電し、消
費電力の一部として賄うことができる。したがって、電
力使用量が減少し、稼動コストを低減できる。すなわ
ち、電力を効率的に供給して消費できる。また、このよ
うに、無効エネルギ（排熱）を再利用してエネルギの利
用効率を上げることができれば、地球環境に悪影響を及
ぼすＣＯ_２や熱等の発生を最小限にでき、環境保護の一
助にもなる。

【０００９】また、請求項２に記載された電力供給消費
システムは、請求項１に記載された電力供給消費システ
ムにおいて、前記電力発生装置は、所定の液体媒質が貯
留され且つ気化した媒質を冷却して液化させる液化室
と、前記駆動部の排熱部に対向して設置され且つ前記排
熱部からの熱によって前記媒質を気化させる気化室と、
前記気化室と前記液化室とを接続し且つ前記気化室で気
化された気体を前記液化室に向けて対流させる対流路
と、前記対流路を介すことなく前記気化室と前記液化室
とを直接に連通させ且つ前記液化室に貯留された媒質を
前記気化室に供給する連通部とを有するチャンバと、前
記チャンバの前記対流路中に設けられ、前記対流路中を
対流する気体の運動エネルギによって動作する駆動体
と、前記駆動体の動力によって駆動して電力を発生する
発電機とを具備することを特徴とする。

【００１０】この請求項２に記載された電力供給消費シ
ステムにおいては、未使用エネルギを利用することな
く、また、環境破壊物質等を生成することなく、無効な
エネルギとして排出される排熱をエネルギ源として有効
利用して電力に戻すことができる。すなわち、エネルギ
のリサイクルに近い形態を実現することができ、省エネ
ルギおよび環境保護の一助となる。

【００１１】また、請求項３に記載された電力供給消費
システムは、請求項１または請求項２に記載された電力
供給消費システムにおいて、自家発電設備を更に備えて
いることを特徴とする。

【００１２】この請求項３に記載された電力供給消費シ
ステムにおいては、自家発電設備によって、電力会社か
らの送電ロスを低減することができるとともに、電力消
費量を低減できる。また、電力会社に電力を販売するこ
ともできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施形態について説明する。図１および図２は本発明の
第１の実施形態を示している。図１に示されるように、
本実施形態に係る電力供給消費システムＳは、例えば板
金加工工場Ａにおいて適用されている。工場Ａ内には、
電力会社から供給される外部電力を受けるキュービクル
等の受電設備（受電部）Ｅと、ベンダー、ＮＣＴ、レー
ザ加工機等の複数のマシン（駆動部）Ｍ１〜Ｍｎとが設
けられている。これらの受電設備ＥおよびマシンＭ１〜
Ｍｎは電力供給消費システムＳの一部を構成している。
すなわち、受電設備Ｅは、受けた電力をマシンＭ１〜Ｍ
ｎに供給するとともに、マシンＭ１〜Ｍｎは、受電設備
Ｅから供給される電力を消費して駆動する。また、各マ
シンＭ１〜Ｍｎには、マシンＭ１〜Ｍｎから排出される
熱（排熱）を使用して電力を発生させる電力発生装置１
が設けられている。

【００１４】図２に示されるように、電力発生装置１
は、受電設備ＥおよびマシンＭ１〜Ｍｎとともに電力供
給消費システムＳを構成しており、エネルギ再生チャン
バ２と、エネルギ再生チャンバ２によって得られたエネ
ルギによって駆動する発電機４とを備えている。なお、
発電機４は、マシンＭ１〜Ｍｎまたは別の負荷（蓄電池
等であっても良い）５０に接続される。

【００１５】チャンバ２は、マシンＭ１〜Ｍｎの高温部
すなわち排熱部４０に対向して設置される気化室１０
と、所定の媒質３０が貯留される液化室１２と、気化室
１０と液化室１２とを接続し且つ気化室１０で気化され
た気体を液化室１２に向けて対流させる対流路１４とを
有している。対流路１４中には、対流路１４中を対流す
る気体の運動エネルギによって回転動作する駆動体とし
ての蒸気タービン１６が設けられている。また、タービ
ン１６には、タービン１６の回転力を発電機４の駆動部
４ａに伝達する伝達軸１８が連結されている。

【００１６】また、気化室１０と液化室１２は、対流路
１４を介すことなく、連通部２０によって直接に連通し
ている。連通部２０は、液化室１２に貯留された媒質
（液体）３０を気化室１０に供給する。また、連通部２
０は、媒質３０を気化室１０に殆ど貯めることなく且つ
気化室１０に伝達される高温部（排熱部）４０からの熱
により媒質３０を効率的に気化させることができる量だ
け気化室１０に液体媒質３０を供給する。

【００１７】液化室１２に貯留される媒質３０は、常温
常圧近傍に沸点を有する液体であることが望ましい。例
えば、水（沸点１００℃）、イソプレン（沸点３３
℃）、ジエチルエーテル（沸点３５℃）、ジメチルブタ
ン（沸点５０℃）などが好適である。また、チャンバ２
内は、媒質３０を略沸騰状態とする圧力に保たれてい
る。例えば、水の沸点は１気圧では１００℃であるが、
減圧すれば、数十℃に下げられる。そのため、チャンバ
２内の圧力を媒質３０の沸点に応じて適宜調整すれば、
排熱部４０が過度に高温でなくても、気化室１０で媒質
３０を十分に気化させることができる。したがって、一
般には、排熱部４０は、約４０℃以上であれば良い（一
般の機械等は、５０℃〜９０℃となる部分がかなり多
い）。

【００１８】次に、上記構成の電力供給消費システムＳ
の作用について説明する。電力会社等から受電設備Ｅに
供給された電力は、マシンＭ１〜Ｍｎの駆動のために使
用される。各マシンＭ１〜Ｍｎは、駆動と同時に、無効
エネルギとしての熱を排出する。また、この排出された
熱は、電力発生装置１によって電力に戻される。以下、
そのメカニズムについて説明する。

【００１９】まず、液化室１２に貯留されている媒質３
０が連通部２０を通じて気化室１０に供給されると、気
化室１０は、各マシンＭ１〜Ｍｎの高温部（排熱部）４
０からの排熱を吸収して媒質３０を気化させる。気化さ
れた媒質（蒸気）３０は、図２中に矢印で示されるよう
に、対流路１４中を液化室１２に向かって流れ、その運
動エネルギによって対流路１４内に設けられた蒸気ター
ビン１６を回転させる。

【００２０】また、タービン１６が回転すると、その回
転力は、伝達軸１８を介して発電機４の駆動部４ａに伝
達される。したがって、発電機４は、タービン１６から
伝達された回転力によって発電し、その電力を再び各マ
シンＭ１〜Ｍｎや他の負荷５０に供給してこれらを駆動
させることができる。一方、タービン１６を通過した気
体媒質３０は、例えば常温に置かれた液化室１２で冷却
されて液化し、液化室１２に貯留されるとともに、次の
気化室１０への供給に備える。なお、冷却部５５を設
け、強制冷却し、液化させても良い。

【００２１】以上説明したように、本実施形態の電力供
給消費システムＳは、電力を受ける受電設備Ｅと、この
受電設備Ｅから供給される電力を消費して駆動するマシ
ンＭ１〜Ｍｎと、これらのマシンＭ１〜Ｍｎから排出さ
れる熱を使用して電力を発生させ且つこの発生した電力
を再び受電設備ＥまたはマシンＭ１〜Ｍｎに供給する電
力発生装置１とを備えている。すなわち、本実施形態の
電力供給消費システムＳは、マシンＭ１〜Ｍｎの排熱を
利用して発電し、工場消費電力の一部として賄うように
なっている。したがって、電力使用量が減少し、稼動コ
ストを低減できる。すなわち、本実施形態の電力供給消
費システムＳによれば、電力を効率的に供給して消費で
きる。また、このように、無効エネルギ（排熱）を再利
用してエネルギの利用効率を上げることができれば、地
球環境に悪影響を及ぼすＣＯ_２や熱等の発生を最小限に
でき、環境保護の一助にもなる。

【００２２】また、本実施形態の電力供給消費システム
Ｓにおける電力発生装置１は、所定の液体媒質３０が貯
留され且つ気化した媒質３０を冷却して液化させる液化
室１２と、媒質３０の沸点近傍の温度雰囲気を形成する
排熱を発生させる熱源としての排熱部４０に対向して設
置され且つ排熱部４０からの熱によって媒質３０を気化
させる気化室１０と、気化室１０と液化室１２とを接続
し且つ気化室１０で気化された気体を液化室１２に向け
て対流させる対流路１４と、対流路１４を介すことなく
気化室１０と液化室１２とを直接に連通させ且つ液化室
１２に貯留された媒質３０を気化室１０に供給する連通
部２０とによって形成されるチャンバ２を備えるととも
に、チャンバ２の対流路１４中に設けられ且つ対流路中
１４を対流する気体の運動エネルギによって動作する駆
動体としてのタービン１６と、タービン１６の動力によ
って駆動して電力を発生する発電機４とを備えている。

【００２３】したがって、媒質３０は、気化および液化
を繰り返しながら、タービン１６にエネルギを与え続け
ることができる。そのため、未使用エネルギを利用する
ことなく、また、環境破壊物質等を生成することなく、
無効なエネルギとして排出される排熱をエネルギ源とし
て有効利用して電力に戻すことができる。すなわち、エ
ネルギのリサイクルに近い形態を実現することができ、
省エネルギおよび環境保護の一助となる。

【００２４】図３には、電力発生装置の変形例が示され
ている。図示のように、この変形例に係る電力発生装置
１Ａは、エネルギ再生チャンバを形成するハウジング２
Ａと、ハウジング２Ａ上に設置され且つハウジング２Ａ
によって得られたエネルギによって駆動する発電機４Ａ
とを備えている。

【００２５】ハウジング２Ａの内部は、隔壁７０によっ
て下側の気化室１０Ａと上側の液化室１２Ａとに区画さ
れている。この場合、気化室１０Ａは、マシンＭ１〜Ｍ
ｎの高温部すなわち排熱部４０に対向して設置される。
また、液化室１２Ａ内には、所定の媒質３０が貯留され
ている。また、隔壁７０は、気化室１０Ａと液化室１２
Ａとを接続し且つ気化室１０Ａで気化された気体を液化
室１２Ａに向けて対流させる対流路１４Ａを形成してい
る。また、対流路１４Ａ中には、対流路１４Ａ中を対流
する気体の運動エネルギによって回転動作する駆動体と
しての蒸気タービン１６Ａが設けられている。タービン
１６Ａの回転軸７２は、ハウジング２Ａに設けられた軸
受７４によって回転可能に支持されている。また、回転
軸７２の一端部は、ハウジング２Ａから発電機４内へと
延びて、発電機４の回転駆動部４ｂの回転軸を兼ねてい
る。

【００２６】また、気化室１０Ａと液化室１２Ａは、対
流路１４Ａを介すことなく、連通部２０Ａによって直接
に連通している。連通部２０Ａは、液化室１２に貯留さ
れた媒質（液体）３０を制御バルブ８０を介して気化室
１０Ａに供給する。この場合、制御バルブ８０は、媒質
３０を気化室１０Ａに殆ど貯めることなく且つ気化室１
０Ａに伝達される高温部（排熱部）４０からの熱により
媒質３０を効率的に気化させることができる量だけ気化
室１０Ａに液体媒質３０を供給する。なお、図３におい
ては気化室１０Ａの左側にのみ供給しているように見え
るが、図示の煩雑さを避けるための便方にて、気化室１
０Ａに均等に供給できるよう複数等配とする。

【００２７】ハウジング２Ａ内は、媒質３０を略沸騰状
態とする圧力に保たれている。また、ハウジング２Ａに
は、液化室１２Ａの外側上部に、冷却部５５が設けられ
ている。この冷却部５５は、その凹状の収容部５５ａ内
に冷却水５９を貯留しており、ハウジング２Ａの壁部を
通じて冷却水５９またはその気化熱等により液化室１２
Ａの内壁を冷却する。無論、自然冷却によって液化室１
２Ａを冷却しても良い。

【００２８】次に、上記構成の電力発生装置１Ａの作用
について説明する。まず、液化室１２Ａに貯留されてい
る媒質３０が制御バルブ８０を通じて気化室１０Ａに供
給されると、気化室１０Ａは、高温部（排熱部）４０か
らの排熱を吸収して媒質３０を気化させる。気化された
媒質（蒸気）３０は、膨張して、図中に矢印で示される
ように、対流路１４Ａ中を液化室１２Ａに向かって上昇
拡散し、その運動エネルギによって対流路１４Ａ内に設
けられた蒸気タービン１６Ａを回転させる。

【００２９】また、タービン１６Ａが回転すると、回転
軸７２を介して発電機４の回転駆動部４ｂも回転する。
したがって、発電機４は、回転駆動部４ｂの回転力によ
って発電し、その電力を再び各マシンＭ１〜Ｍｎや他の
負荷５０に供給してこれらを駆動させることができる。
一方、タービン１６Ａを通過した気体媒質３０は、冷却
部５５によって冷却される冷却室１２Ａの内壁によって
熱を奪われて液化し、液化室１２Ａに貯留されるととも
に、次の気化室１０Ａへの供給に備える。

【００３０】図４は、図２または図３の電力発生装置
１，１Ａを、マシンＭ１〜Ｍｎのうちの１つであるＣＯ
_２レーザ発振器に対して設置した形態を示している。図
示のように、ＣＯ_２レーザ発振器１００は、プラズマ形
成室１０２と、プラズマ形成室１０２のガス導出部１０
２ａとガス導入部１０２ｂとを接続し且つレーザ媒質で
あるガス（ＣＯ_２、Ｎ_２、Ｈｅ等の混合ガス）をブロワ
１０４を介して循環させる循環路１０６とを備えてい
る。プラズマ形成室１０２では、電源１１０に接続され
た放電電極１０８によってプラズマが発生される。

【００３１】このようなＣＯ_２レーザ発振器１００で
は、プラズマ形成室１０２のガス導出部１０２ａに近い
循環路１０６の部位で、レーザ媒質であるガスの温度が
高い。そのため、本実施形態では、この高温ガスが流れ
る循環路１０６の部位を排熱部４０として利用し、排熱
部４０と対向するように図２または図３の電力発生装置
１，１Ａを設置している。この場合、気化室１０，１０
Ａが排熱部４０に対向されることは言うまでもない。

【００３２】図５は本発明の第２の実施形態を示してい
る。図示のように、本実施形態に係る電力供給消費シス
テムＳ’は、第１の実施形態の構成に加え、ＬＰＧ、Ｌ
ＮＧ、石油などを用いた自家発電設備２００を更に備え
ている。この場合、自家発電設備２００は、電力発生装
置１，１Ａを有しており、受電設備Ｅに対する電力供給
ラインの途中に設けられている。なお、それ以外の構成
は第１の実施形態と同一であるため、同一符号を付して
その説明を省略する。

【００３３】このような構成によれば、自家発電設備２
００によって、電力会社からの送電ロスを低減すること
ができるとともに、電力消費量を低減できる。また、電
力会社に電力を販売することもできる。

【００３４】なお、本発明は、前述した実施形態に限定
されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施でき
ることは言うまでもない。例えば、前述した電力発生装
置１，１Ａや自家発電設備２００とともに、太陽電池、
エンジン発電機（ガス、石油、石炭等を燃料とするも
の）、風力発電機、熱起電力を利用する発電装置、燃料
電池などを使用しても良い。また、電力発生装置１，１
Ａから電力が供給される負荷５０としては、照明や換気
扇、マシンＭ１〜Ｍｎの周辺装置（コンベア、集塵機な
ど）を挙げることができる。また、電力発生装置１，１
Ａからの電力をバッテリやフライホイールに蓄えたり、
電力会社へ販売したり、あるいは、温水のために利用し
ても良い。

【００３５】また、前述した実施形態では、気体媒質３
０の運動エネルギによって動作する駆動体として、ター
ビン１６が採用されているが、タービン１６の代わり
に、ピストン等の往復運動を行なう駆動体を採用しても
良い。また、タービン１６は、気相中に設置されている
が、対流エネルギとして取り出すことができれば、液相
中に設置しても構わない。また、発電機４は直動型のも
のであっても良い。また、電力発生装置１，１Ａは、マ
シンＭ１〜Ｍｎの高温部以外に、チラーの高温排気、油
圧ユニットの高温油等の熱を吸収して（ヒートパイプ等
で集熱しても良い）電力に変換しても良い。また、前述
した実施形態では、各マシンＭ１〜Ｍｎに対応して電力
発生装置１，１Ａが設けられているが、１つの電力発生
装置を複数のマシンで共用しても良い。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載さ
れた電力供給消費システムによれば、駆動部の排熱を利
用して発電し、消費電力の一部として賄うことができ
る。したがって、電力使用量が減少し、稼動コストを低
減できる。すなわち、電力を効率的に供給して消費でき
る。また、このように、無効エネルギ（排熱）を再利用
してエネルギの利用効率を上げることができれば、地球
環境に悪影響を及ぼすＣＯ _２や熱等の発生を最小限にで
き、環境保護の一助にもなる。

【００３７】請求項２に記載された電力供給消費システ
ムによれば、請求項１と同様の作用効果が得られるとと
もに、未使用エネルギを利用することなく、また、環境
破壊物質等を生成することなく、無効なエネルギとして
排出される排熱をエネルギ源として有効利用して電力に
戻すことができる。すなわち、エネルギのリサイクルに
近い形態を実現することができ、省エネルギおよび環境
保護の一助となる。

【００３８】請求項３に記載された電力供給消費システ
ムによれば、請求項１または請求項２と同様の作用効果
が得られるとともに、自家発電設備によって、電力会社
からの送電ロスを低減することができるとともに、電力
消費量を低減できる。また、電力会社に電力を販売する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力供給消費シ
ステムの概略構成図である。

【図２】図１の電力供給消費システムを構成する電力発
生装置の概略構成図である。

【図３】図２の電力発生装置の変形例に係る断面図であ
る。

【図４】図２および図３の電力発生装置をＣＯ_２レーザ
発振器に適用した一例を示す概略図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る電力供給消費シ
ステムの概略構成図である。

【図６】従来の一般的な電力供給形態を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１，１Ａ 電力発生装置 ２ チャンバ ２Ａ ハウジング（チャンバ） ４ 発電機 １０，１０Ａ 気化室 １２，１２Ａ 液化室 １４，１４Ａ 対流路 １６，１６Ａ タービン（駆動体） ２０，２０Ａ 連通部 ３０ 媒質 ２００ 自家発電設備 Ｅ 受電設備（受電部） Ｍ１〜Ｍｎ マシン（駆動部） Ｓ，Ｓ’ 電力供給消費システム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力を受ける受電部と、この受電部から
   供給される電力を消費して駆動する駆動部と、この駆動
   部から排出される熱を使用して電力を発生させ且つこの
   発生した電力を再び前記受電部または前記駆動部に供給
   する電力発生装置とを備えていることを特徴とする電力
   供給消費システム。
2. 【請求項２】 前記電力発生装置は、 所定の液体媒質が貯留され且つ気化した媒質を冷却して
   液化させる液化室と、前記駆動部の排熱部に対向して設
   置され且つ前記排熱部からの熱によって前記媒質を気化
   させる気化室と、前記気化室と前記液化室とを接続し且
   つ前記気化室で気化された気体を前記液化室に向けて対
   流させる対流路と、前記対流路を介すことなく前記気化
   室と前記液化室とを直接に連通させ且つ前記液化室に貯
   留された媒質を前記気化室に供給する連通部とを有する
   チャンバと、 前記チャンバの前記対流路中に設けられ、前記対流路中
   を対流する気体の運動エネルギによって動作する駆動体
   と、 前記駆動体の動力によって駆動して電力を発生する発電
   機と、 を具備することを特徴とする請求項１に記載の電力供給
   消費システム。
3. 【請求項３】 自家発電設備を更に備えていることを特
   徴とする請求項１または請求項２に記載の電力供給消費
   システム。