JP2010172173A

JP2010172173A - 電動機駆動の自家発電装置。

Info

Publication number: JP2010172173A
Application number: JP2009034512A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Takenaka; 伸太郎竹中
Original assignee: Shinyoh Industries Co Ltd
Current assignee: Shinyoh Industries Co Ltd
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-08-05

Abstract

【課題】太陽光或は風力等の自然エネルギ−発電の利点はクリ−ンで、欠点は自然環境に左右される上に膨大な面積と高価な設備費用を要し、バイオ燃料は有害排気ガスの多少の削減程度で内燃機関騒音はそのまま現存し、現状では、格安で有効な自家発電は皆無に等しく、一般家庭から全産業をカバ−する自家発電装置、特に完全独立性自家発電は見当たらない。
【解決手段】僅かな公共の商業電力を使用して、多きな電力を発電して蓄電、或は商業電力皆無の僻地では蓄電池電力を利用して駆動電動機を稼動させて発電機を回転、消費電力の約５倍から１０倍の電力を創出し、時には１電力で１０の発電、発電された１０の電力で１００の発電、発電された１００の電力で１０００の発電、この繰り返しで、クリ−ンで大きな電力を生むことが出来る。
【選択図】図１

Description

家電製品から全産業電気機器装着の機器駆動に関する分野で、環境保全に有効な、クリ−ンな電気駆動で、全世界の如何なる自然環境でも、全家庭から全産業に及ぶ全ての分野で使用可能な、省エネルギ−でクリ−ンな電動機駆動の自家発電装置。

近年、省エネルギ−と、クリ−ンエネルギ−の問題が環境保全で大きくクロ−ズアップされる中での発電装置は、太陽光発電と風力発電、或は燃料電池等の未だに実用性には相当な年月を要する発電装置しかなく、しかも、いずれの設備も高価な設備と広大な設置面積、或は風力発電の様な健康被害と倒壊折損等事故発生の危険性の種類も有る。

太陽光発電は環境保全には良いが、エネルギ−変換率が少ない為に、広大な面積と高価な設備を必要とし、発電コストも高価につき、今後においても太陽光エネルギ−の電気変換率の技術的発展性には限界が有り、コストダウンにも大きな障壁が有る。

風力発電も設置場所によっては環境保全には良いが、膨大な製造コストと、設置場所の選択条件で種々の障壁が有り、小型で無振動の有効な機種はなく、時には人体傷害の実例も欧米で発生している欠点も有る。

水素を含む種々の代替エネルギ−発電も、事故危険性と同時に、コストアップで高価な設置費用が問題である。

代替エネルギ−による内燃機関駆動発電は、多少の排気ガスの改良が出来ても、騒音発生、燃料消費、機器メンテナンス、摺動部品交換、機器価格、技術担当者選任等々の負担も大きく実用性は低い。

携帯電話等の微弱電流による磯器駆動用の微細発電は今後も種々可能であるが、生活環境周囲機器電力、及び産業関連機器の必要電力の電力供給発電で、僅かな設置面積で大量の電力発電、環境保全面では、現状では皆無といっても過言ではない。

特開２００２−３３２９４７特開２００３−０６１３９７

太陽光発電は天気に左右され、風力発電は地域的な問題を有し、両者共クリ−ンであるが、１ＫＶＡ当たりの発電コストは非常に高価につき、場合に依っては設備償却不能とされており、風力発電に至っては、一端強風等で羽根破損或は塔柱倒壊も現実には有り、故障すれば夫々非常に高価な補修費が掛かり、これらは投資効率では償却不能なぐらい大きな欠点をもっており、太陽光発電と風力発電を併合して設置してもなお解消不能な欠点は解消されない。

この太陽光発電と風力発電は自然を相手に気候に左右される自然界エネルギ−発電である為、この欠点補完には、人類生活環境に応じた人工的発電しかない。

つまり、自然界の影響を受けない従来の人工的発電の全ては、近年の異常気象からダム水力発電ですら発電制御もありうる事で、自然環境保全面からも公共設備での増設は困難である。

公共設備としての火力蒸気圧タ−ビン発電、内燃機動力発電、或は廃棄物固形化燃料焼却蒸気圧タ−ビン発電等々の種々の機種があるが、近年のバイオエネルギ−発電においても、いずれも周辺設備及び稼動条件から膨大な投資が必要であり、今後の増設による環境破壊にも繋がる。

又、世界的にクリ−ンエネルギ−として原子力発電の増設を論議しているが、人類生存の原則から的確な答えもなく、論議しない。

ましてや、家庭用から産業用の自家発電に至っては、自然エネルギ−利用発電による、太陽光発電が主流で、設備金額の膨大さから国策的に設備額補助によるしかなく、それも必要負荷電力の一部にしか相当しない。

本来、公共の人工的発電能力は、需用電力の必要最小限にとどめているものであるが、時代の変遷による電気消費量の増大と産業振興面から、全世界的に、公共設備的発電システムだけにたよる事を再考すべき時が既に到来している。

人工的発電エネルギ−は、視点を変えて視れば無限にある中で、人類生活空間に氾濫している種々電気の僅かな電力を利用すれば、家庭生活から企業生産工程まで、その必要電力の一部又は全部の電力を自家発電装置で賄うことも可能である。

先ず常識的な太陽光発電や風力発電等の装置を設備金額国庫補助を受けて装備しても、残念ながら自然の恩恵を受ける年間の効果日数は地球上で地域的に大きな格差が有り、余り有効性はなく、又、近年、開発又は開発過程にある種々の代替エネルギ−による発電は、非常に大きな設備投資や引火爆発性燃料を含めて危険性も否定出来ない事は、欧米の或る国では水素燃料自動車の地下駐車場の使用を禁じている事実からも留意すべきである。

課題を解決する手段

本発明の目的は、電力消費の発電種類と発電量に応じて、地球上の如何なる地域でも、僅かなスペ−スで、一切の燃料消費と排気ガスを排除して、静粛性を保ち、耐用年数も長く、発電量に基づく設備費用は格安で、メンテナンス皆無で、必要電力の大小を問わず供給可能な、自家発電装置とすべきである。

それには、先入観的エネルギ−の法則の誤解を排除し、１エネルギ−を消費して１０エネルギ−の創出を、電気的に可能にするしかない。

つまり、１ＫＶＡを消費すれば１０ＫＶＡを発電すれば良い事であり、それに適合する効率の良い電動駆動機と、効率の良い発電機の、単数又は複数の組み合わせを行う。

電動駆動機は、大きな電動トルクを必要とすれば当然ながら大きな電流を消費し、大きな電流を必要とする電動駆動機は逆に大きな発電量の発電機ともなるが、電動機と発電機は目的毎に設計されている。

同時に、回転数を上げれば上げる程に発電電圧と電流も、或る一定範囲内で増大する事は周知の事実である。

従って、発電機は発電目的の電動機であり、発電必要回転数によって規定の電圧と電流を有効的に生み出す設計であり、逆に電動駆動機は必要電流を少なくして最大回転トルクを発生させる目的の設計である。

この二つの結合によって、最小の電力消費で、最大の発電を行う、電力消費で発電を行うシステムで、実験値から１ＫＶＡを消費すれば１０ＫＶＡを発電が可能であり、１０ＫＶＡの発電量の電力を使用して１００ＫＶＡの発電も可能であり、その積み重ねで、多少のロスを考慮すれば幾何級数的発電も不可能では無い。

もう一つ重要な事は、電気種には直流と交流が有り、発電目的と設置環境から、いずれの電気種を電動駆動機と発電機に使用するかによって、主として電気種変換機器類等の装備機器構成を替えれば、多少の電気変換ロスは生じるが、如何なる目的も達成する。

山中或は広野を含めて、電力供給設備も無く、継続的燃料搬入も不能で、広大な機器搬入も不能、無風で太陽光も無い屋内で、静寂を保持する必要で、しかも或る国の様に２０００か所以上の軍隊の山中国境監視所等の地点では、電動駆動機の機種を直流電動駆動機にして、発電量に見合った充電済みの蓄電池からの電力供給で、駆動電動機の稼動で、発電機を稼動させれば、最初から未来永劫に、完全独立自家発電が可能である。

発明の効果

本発明の効果を、下記に列挙する。

１、自然天候或は周囲環境に左右されずに発電する。
２、省スペ−ス設置で発電量換算で３．５ＫＶＡ当たり０．５ｍ^２で高さ０．５ｍである。
３、機器積層設置も可能で、７ＫＶＡ発電で、０．５ｍ^２で高さ１ｍである。
４、機器設置も平坦床であればよく、強固な鉄筋コンクリ−ト床の必要性はない。
５、消費電力に応じて、電気機器毎の単独発電機から、総合電力供給発電装置まで可能。
６、発電装置設備費用は、太陽光発電設置価格の２分の１以下。
７、商業電力供給の皆無の地域では、その必要性は無く、独立性自家発電も可能。
８、機器稼動で、燃料供給も必要無く、クリ−ン発電が可能。
９、宇宙空間を含めて気温制約は無く、使用不能な場所は無い。

発明を実施する為の最良の形態

発電機（１）を稼動させる駆動電動機（２）の駆動利用電力供給が直流電源の場合には直流電動機を使用して発電を、或は直流電源を電気変換機（３）で交流変換して交流電動機を使用することも可能である。

発電機（１）を稼動させる駆動電動機（２）の駆動利用電力供給が交流電源の場合には交流電動機を使用して発電を、或は交流電源を電気変換機（３）で直流変換して直流電動機を使用することも可能である。

発電機（１）で直流電力発電を目的とする場合は直流発電機を使用するか、或は交流発電機を使用して電気変換機（３）で直流電気に変換して使用することもある。

発電機（１）で交流電力発電を目的とする場合は交流発電機を使用するか、或は直流発電機を使用して電気変換機（３）で交流電気に変換して使用することもある。

発電機（１）と駆動電動機（２）との結続は、発電機（１）の発電最低回転数を考慮して、プ−リ−（４）とベルト（５）等による種々の間接的な稼動方法を取るが、駆動電動機（２）の定格回転数によっては台板（６）上で、駆動電動機軸（７）と発電磯軸（８）による直結駆動をすることもある。

発電機（１）による交流或は直流の電力は、発電量に合った蓄電池（９）に充電して、蓄電池（９）から直接電力供給、或は必要電力種に応じて電気変換機（３）で変換して電力を供給する。

「特許請求の範囲」に記載の通り、あらゆる電源種類が利用可能であり、あらゆる電気種の発電も可能であり、交流の商業電力利用で駆動電動機（２）を駆動して如何なる電気種の発電機（１）でも直接又は変換で蓄電池（９）に充電することも可能で、既に充電済みの蓄電池（９）から電力を供給して駆動電動機軸（７）を駆動する完全独立性も可能な、多目的自家発電装置である。

電気制御盤（１０）には、種々の電気制御と共に、蓄電池（９）装着の場合には充電飽和状態感知で駆動電動機（２）を自動発停させる電気回路をも装着する事は言うまでも無い。

数多い実施例から下記に２例を記載する。
一つは、駆動電動機（２）の電源種類が、日本公共商業電力、交流、単相１００Ｖ、２ポ−ル、消費電流３Ａｍ、回転数３０００ＲＰＭの電動機を１基使用し、駆動電動機軸（７）と発電機軸（８）とをプ−リ−（４）とベルト（５）によって発電規定回転数に合わせて結続し、発電機（１）には直流発電機、発電回転数５０００ＲＰＭ、８０Ａｍを２基使用、蓄電には１２Ｖ８０Ａｍ蓄電池を２基直列２４Ｖで使用、電気変換機（３）で交流に変換して、０．５ＫＶＡの電力消費で３．８ＫＶＡの発電を行い、交流への変換ロスを差し引いても大きな効果が有った。

もう一つの例を記載すれば、駆動電動機（２）の電源種類が、直流、２４Ｖ、消費電流１０Ａｍ、回転数２２００ＲＰＭの電動機を１基使用し、駆動電動機軸（７）と発電機軸（８）とをプ−リ−（４）とベルト（５）によって発電規定回転数に合わせて結続し、発電磯（１）も直流発電機で、発電回転数５０００ＲＰＭ、８０Ａｍを２基使用、蓄電には１２Ｖ８０Ａｍ蓄電池を２基直列で使用、電気変換機（３）で交流に変換して、０．２４ＫＶＡの電力消費で３．８ＫＶＡの発電を行い、交流への変換ロスを差し引いても大きな効果が有り、同時に公共商業電力皆無の地域でもクリ−ン自家発電が可能であった。

電動駆動機１基のプ−リ−とベルト駆動で、貫通軸の発電機を２基直列に結続し、別置きの電気変換機、蓄電池、電気制御盤を設置した、上視平面図である。電動駆動機１基のプ−リ−とベルト駆動で、貫通軸の発電機を２基直列に結続した発電装置の、正面図である。電動駆動機１基のプ−リ−とベルト駆動で、貫通軸の発電機を２基直列に結続した発電装置の、台板上に２セットを設置した、上視平面図である。電動駆動機１基のプ−リ−とベルト駆動で発電機を１基結続し、台板上に２セットを装着した、上視平面図である。電動駆動機１基のプ−リ−とベルト駆動で発電機を１基結続し、他の発電機１基の発電機軸同士をル−ズカップリングで直列に結続した、上視平面図である。

１発電機
２駆動電動機
３電気変換機
４プ−リ−
５ベルト
６台板
７電動駆動機軸
９発電機軸
１０電気制御盤

Claims

発電機（１）の発電量が、駆動電動機（２）の消費電力、及び電気種や電圧或は周波数等の電気変換機（３）による調整変換ロスを相殺しても、それを遥かに大きく上回る電力発電量をもち、単数又は複数の駆動電動機（２）の場合は貫通軸で直列接続又はプ−リ−（４）の直径差で回転数を調整してベルト（５）による駆動で、単数の発電機（１）又は複数の発電機（１）の場合は駆動電動機（２）と同様の結続で発電機（１）の回転数を調合し、実験検証から、俗に言うエネルギ−の法則の１対１を破棄して、１対１０の発電を交流或は直流電力発電を行うものであるが、発電機（１）と駆動電動機（２）の接続はベルト（５）駆動には限らず、その結続方法は問わない。
台板（６）に、交流電力又は直流電力によって駆動する、単数又は複数の駆動電動機（２）を装着する。
発電機（１）の回転トルク、発電可能最低回転数、騒音発生度、等々の発電機（１）自体の特性により、それに見合った単数又は複数の駆動電動機（２）を装着する。
駆動電動機（２）は、交流電力又は直流電力等々の電気種の、いずれかの電気種によっても稼動とする。
発電機（１）も、単数又は複数の交流発電機、或は直流発電機のいずれの電気種の発電機（１）をも装着可能とし、又は両者の異なる電気種の発電を必要とする場合には、異なる電気種の発電機（１）を異なるラインで装着する事もある。
駆動電動機（２）の駆動電動機軸（７）と発電機（１）の発電機軸（８）とが、最低発電回転数以上て、直接又は間接で結続されて回転して発電し、発電機（１）によって生じた交流又は直流の発電量は、発電量に見合った各種の蓄電池（９）に蓄電される。
又、発電機（１）の発電量は、発電量から駆動電動機（２）の消費電力及び、電気種変換ロス電力を差し引いた残存電力量が、末端使用負荷可能電力となる。
従って、電力会社等の公共商業電力が皆無の場所での初期稼動でも、充電済みの蓄電池（９）を使用すれば、完全独立性が発揮される。
駆動電動機（２）が交流電動機の場合には、商業電力で駆動して発電も可能であるが、直流の蓄電池（９）から交流に変換して駆動電動機（２）に電力供給することもできる。
駆動電動機（２）が直流電動機の場合には、商業電力の交流電源を直流に変換しての稼動も可能であるが、直流の蓄電池（９）から直接的に駆動電動機（２）に電力供給も可能である。
発電機（１）が直流発電の場合は、発電量に見合った蓄電池（９）に、そのまま直接充電が可能である。
発電機（１）が交流発電の場合で蓄電池（９）に蓄電する場合は、電気変換機（３）によって直流に変換して、発電量に応じた蓄電池（９）に蓄電し、末端使用負荷電力が交流の場合は蓄電池（９）から交流に変換して供給するが、時には蓄電池（９）を経由せずに交流発電された電力を直接的に末端使用負荷電力に供給することもある。
発電機（１）が直流発電の場合は蓄電池（９）に蓄電し、末端使用負荷電力が直流の場合は蓄電池（９）から電圧調整して供給し、又、末端使用負荷電源が交流の場合は、電圧、周波数、交流、等に変換して供給する。
又、交流又は直流の発電機（１）から、末端使用負荷電源にその儘の電源種類で供給可能な場合は、蓄電池（９）を経由しない事もある。
電気制御盤（１０）には、末端使用負荷電源によっては、蓄電池（９）の飽和状態で必要に応じて駆動電動機の自動発停コントロ−ラ−も装着し、インバ−タ−及びコンバ−タ−等、その他の電気的な発電及び消費に応じた各種電気コントロ−ラ−を装着して、天候に左右されず、商業電力供給不能な高山、山間へき地、孤島に至る地球上のいかなる地域でも、電力消費量に気遣いする事なく、個人生活環境から全産業及び全産業機器に至るまで、完全独立自家発電も可能な、電動機駆動の自家発電装置。