JP2012244900A - 閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム及びその操作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムを提供する。
【解決手段】閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム及びその操作方法であって、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムは、高電圧を提供するための電力供給機構と、電力供給機構により提供される高電圧で運転が制御される駆動装置と、駆動装置によって伝動軸を通じて回転されて発電し、発生した電源が該電力供給機構及び負荷に提供される少なくとも１つの発電装置とを含み、それにおいて、駆動装置が高回転速度で伝動軸を回転させ、伝動軸で発電装置を回転させることで発電する。本発明は、発電装置の発電効率を向上させることができるため、システム全体の効率が大幅に向上し、駆動装置が発電装置を回転するために消費する資源を低減できることによって、地球資源の消耗を有効的に低減し、地球環境保全の問題をも有効的に改善できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム及びその操作方法に関しており、該システム及び方法は、発電機の発電効率を向上させることができる。

人々の生活品質が益々高まり、多くの電気製品及び動力設備（例えば、車両、船舶及び飛行機など）は、生活又は仕事中において既に使用されている。電気製品及び動力設備に使用されるエネルギーは、石油、天然ガス、太陽エネルギー、原子エネルギーなどにほかならない。しかし、これらのエネルギーには、枯渇の問題があるか、クリアすべき応用技術上の課題が残されており、あるいは、使用上において極めて大きな危険性がある。

動力駆動機構（例えば、蒸気タービン、水力タービン又はタービンなど）は、伝動軸を通じて発電装置に動力を伝達することで、電力を生じる。動力駆動機構又は発電装置自体においては、運転時にエネルギー損失が生じ、また、発電装置が低回転速度で運転する場合、発電装置の発電効率が高くないことから、システム全体の効率が大幅に低下する。従って、発電装置が一定の電気エネルギーを生じる場合、動力駆動機構は、発電装置を駆動するためにより多くの資源を消費する必要があり、より多くの地球資源問題及び環境保全問題をもたらしてしまう。

本発明は、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムを提供し、その駆動機構及び発電装置を高回転速度で運転させることで、駆動機構又は発電装置が運転時のエネルギー損失を低減させるとともに、発電装置の発電効率を向上させることができるため、システム全体の効率が大幅に向上する。従って、発電装置が、一定の電気エネルギーを生じる場合、駆動機構が発電装置を駆動するために消費する資源を低減できることによって、地球資源の消耗を有効的に低減し、地球環境保全の問題をも有効的に改善できる。

本発明は、高電圧を提供するための電力供給機構と、該電力供給機構により提供される該高電圧で運転が制御される駆動装置と、該駆動装置によって伝動軸を通じて回転されて発電し、発生した電源が該電力供給機構及び負荷に提供される少なくとも１つの発電装置とを含み、該駆動装置が高回転速度で該伝動軸を回転させ、該伝動軸で該少なくとも１つの発電装置を回転させることで発電する、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムを提供する。

本発明による閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムにおいて、該電力供給機構は、低電圧を提供するために使用され、且つ該少なくとも１つの発電装置により充電される蓄電装置と、該蓄電装置により提供される該低電圧を該高電圧に変換させるための変換器と、該変換器により提供される該高電圧を受けることで該駆動装置の運転を制御する制御器と、該伝動軸の回転速度を検出することにより該制御器が該駆動装置の運転する回転速度を制御するための回転速度信号を生成する回転速度検出器とを含む。

本発明による閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムにおいて、該蓄電装置は、鉛酸電池、ニッケル水素電池及びリチウム電池のうちの１つである。

本発明による閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムにおいて、該変換器は、直流から直流への変換器及び直流から交流への変換器のうちの一方である。

本発明による閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムにおいて、該制御器は、交流サーボ、直流サーボ及び周波数変換器のうちの１つである。

本発明による閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムにおいて、該駆動装置は、交流電動機、直流電動機、磁気浮上モーター及び永久磁石式モーターのうちの１つである。

本発明による閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムは、該駆動装置と該伝動軸との間に装着され、該伝動軸を回転させる該駆動装置の回転速度を変更するための変速器を更に含む。

本発明による閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムにおいて、該変速器は、無段変速器又は有段変速器である。

本発明による閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムにおいて、該少なくとも１つの発電装置は、交流発電機及び直流発電機のうちの一方である。

本発明は、電力供給機構、駆動装置及び少なくとも１つの発電装置を含む閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムの操作方法を提供し、該操作方法は、該電力供給機構が高電圧を提供して該駆動装置の運転を制御することと、該駆動装置が高回転速度で伝動軸を回転することと、該伝動軸で該少なくとも１つの発電装置を回転させることで発電することと、該少なくとも１つの発電装置により発生した電源を該電力供給機構及び負荷に提供することとを含む。

本発明による操作方法において、該電力供給機構における変換器が、該電力供給機構における蓄電装置の低電圧を該高電圧に変換させる。

本発明による操作方法において、該電力供給機構の回転速度検出器が、該伝動軸の回転速度を検出し、該電力供給機構における制御器が、該回転速度検出器の該回転速度信号に基づいて該駆動装置の運転を制御する。

本発明による操作方法において、該閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムにおける変速器は、該駆動装置が該伝動軸を回転させる回転速度を変更する。

本発明による操作方法において、該少なくとも１つの発電装置が該電力供給機構における蓄電装置に対して充電する。

本発明の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムのシステム構成図である。 本発明の変速器、電動機及び伝動軸の連結関係の模式図である。 本発明のもう１つの閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムのシステム構成図である。

本発明の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムは、電力供給機構、駆動装置及び少なくとも１つの発電装置を含む。電力供給機構は、高電圧を提供するために使用される。電力供給機構により提供される高電圧で駆動装置の運転が制御される。駆動装置が伝動軸を通じて該少なくとも１つの発電装置を回転することで発電させ、該少なくとも１つの発電装置により発生した電源を電力供給機構及び負荷に提供する。それにおいて、駆動装置が高回転速度で伝動軸を回転させ、伝動軸で該少なくとも１つの発電装置を回転させることで発電する。

駆動装置が伝動軸を通じて該少なくとも１つの発電装置を高回転速度で回転し発電させることによって、高回転速度の該少なくとも１つの発電装置がより高い効率で発電できる。このように、該少なくとも１つの発電装置が一定の電気エネルギーを発生する場合、駆動装置は、伝動軸を通じて該少なくとも１つの発電装置を回転するために消費される電気エネルギーを低減できることによって、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムの発電効率を向上させる。

以下、一実施例を用いて本発明の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムの構造及び操作方法を説明する。

図１は、本発明の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムのシステム構成図である。図１において、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム１０は、蓄電装置１２、変換器１４、制御器１６、電動機１８、変速器２０、伝動軸２２、回転速度検出器２６、発電機２８及び負荷３０を含む。それにおいて、蓄電装置１２、変換器１４、制御器１６及び回転速度検出器２６は、本実施例の電力供給機構を構成し、電動機１８は本実施例の駆動装置を構成し、発電機２８は本実施例の発電装置を構成する。もう１つの実施例において、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムは変速器を含まなくてもよい。

蓄電装置１２は、低電圧の電源を提供するために使用される。蓄電装置１２は、鉛酸電池、ニッケル水素電池又はリチウム電池等であってよい。

変換器１４は、蓄電装置１２の低電圧を高電圧に変換させ、変換された電源を制御器１６に伝送するために使用される。変換器１４は、直流から直流への（ＤＣ‐ｔｏ‐ＤＣ）変換器又は直流から交流への（ＤＣ‐ｔｏ‐ＡＣ）変換器であってよい。

制御器１６は、変換器１４により伝送された電源を受けるとともに、制御電源を電動機１８に出力することで電動機１８の運転を制御し、例えば、電動機１８の運転する回転速度を制御する。それにおいて、制御器１６は、交流サーボ、直流サーボ又は周波数変換器であってよく、電動機１８は、交流電動機、直流電動機、磁気浮上モーター又は永久磁石式モーターであってよい。

図２は、本発明の変速器、電動機及び伝動軸の連結関係の模式図である。図１及び図２において、変速器２０は、電動機１８と伝動軸２２との間に装着されており、変速器２０は、電動機１８の運転する高回転速度を異なる回転速度に変換することで伝動軸２２を回転させる。変速器２０は、電動機１８の運転する高回転速度を増加させ、又は低減させることができる（本実施例において、変速器２０は、伝動軸２２の回転速度を電動機１８の運転する高回転速度より高くする）。変速器２０は、有段変速器又は無段変速器であってよい。もう１つの実施例において、電動機１８と伝動軸２２との間に変速器２０が装着される必要はなく、電動機１８が伝動軸２２を直接回転する（図１の破線で示す）。

図１及び図２において、変速器２０が伝動軸２２を回転する（もう１つの実施例において、図１の破線で示すように、電動機１８が伝動軸２２を直接回転する）ことによって発電機２８を回転させる場合、発電機２８は、電動機１８の運転する高回転速度より高い回転速度で運転する（もう１つの実施例において、発電機２８は、電動機１８の運転する高回転速度と同一の回転速度で運転する）。伝動軸２２は、発電機２８を回転することで発電機２８を発電させ、発電機２８により発生した電力は、負荷３０に提供するとともに、蓄電装置１２に対しても充電できる。それにおいて、発電機２８は、直流発電機又は交流発電機であってよい。

回転速度検出器２６は、伝動軸２２の回転速度を検出するとともに回転速度信号を生成する。回転速度検出器２６の検出した回転速度信号を制御器１６に伝送し、制御器１６は受けた回転速度信号に基づいて、電動機１８の運転する運転速度を制御し、即ち、伝動軸２２の回転速度を間接制御する。

次に、図１及び図２を参照しながら、本実施例の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム１０の操作方法について説明する。

まず、変換器１４は、蓄電装置１２の低電圧を高電圧に変換するとともに、高電圧の電源を制御器１６に伝送する。

制御器１６は、回転速度検出器２６の回転速度信号に基づいて、受けた高電圧の電源により制御電源を生じるとともに、制御電源を電動機１８に出力することで電動機１８の運転を制御する（例えば、電動機１８の運転する回転速度を制御する）。

伝動軸２２の回転が、静止である時、又は制御器１６の設定された高回転速度に達していない時、回転速度検出器２６は伝動軸２２の静止又は低回転速度を検出することにより生成された回転速度信号を制御器１６に伝送する。静止又は低回転速度の回転速度信号は、制御器１６の予め設定された高回転速度の数値より低いため、制御器１６は、例えば、電動機１８へ出力する制御電源を高めることで、電動機１８の運転する回転速度を増加させる。回転速度の増加した電動機１８は、伝動軸２２を回転させるように変速器２０を駆動し、伝動軸２２の回転速度を増加させる（もう１つの実施例において、図１の破線で示すように、電動機１８が伝動軸２２を直接回転する）。上記の操作ステップで繰り返して操作し、制御器１６の設定された高回転速度に達するように、伝動軸２２の回転速度を徐々に調整する。

それにおいて、電動機１８と伝動軸２２との間に変速器２０が装着され、変速器２０の変速機能によって、伝動軸２２の回転速度を電動機１８の運転する高回転速度の倍数とすることできる。伝動軸２２の回転速度を増加させ、高回転速度の伝動軸２２が発電機２８を回転することによって、発電機２８がより優れる発電効率を得ることができる。また、電動機１８及び発電機２８は高回転速度で運転するため、電動機１８及び発電機２８自体の運転損失が低減する。

高回転速度の伝動軸２２が発電機２８を回転することによって、発電機２８が発電する。発電機２８により発生した電力は、負荷３０に供給できるとともに、蓄電装置１２に対して充電できる。

蓄電装置１２は、変換器１４及び制御器１６を通じて、制御電源を電動機１８に供給し、また、発電機２８が発電することで蓄電装置１２に対して充電する。このように、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム１０の、電気エネルギーから運動エネルギーへの変換、及び運動エネルギーから電気エネルギーへの変換といったエネルギーのリサイクルが達成できる。

本実施例において、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム１０は、車両、船舶、飛行機又は住宅団地等の電力供給設備に使用されてよく、電動機１８は高回転速度で発電機２８を駆動することによって、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム１０はより高い発電効率が得られる。

図３は、本発明のもう１つの閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムのシステム構成図である。図１の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム１０の構造と比較して、図３の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム４０の構造の相違点は、図３において、伝動軸２２が複数の発電機２８１、２８２、２８３、２８４を回転させ、これらの発電機２８１、２８２、２８３、２８４により発生した電源がバス３８に伝送され、蓄電装置１２及び負荷３０がバス３８から電源を受電することである。

図３の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム４０の操作方法は、図１の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム１０の操作方法と同じであるため、ここで、その操作方法の説明を省略する。

本発明の利点は、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムを提供し、その電動機及び発電機を高回転速度で運転させることで、電動機又は発電機が運転時のエネルギー損失を低減させるとともに、発電機の発電効率を向上させることができることによって、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム全体の効率が大幅に向上する。従って、発電機が一定の電気エネルギーを生じる場合、電動機が発電機を駆動するために消費する資源を低減できることによって、地球資源の消耗を有効的に減らすとともに、地球環境保全の問題をも有効的に改善できる。

好ましい具体例及び例示的な図面を参照し、上記において本発明を説明したが、それらは発明を制約するものだとみなされるべきではない。当業者がその実施形態及び具体例の内容に対して各種の修正、省略及び変更を行う場合のいずれにおいても、本発明が主張する請求範囲から逸脱しない。

１０ 閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム
１２ 蓄電装置
１４ 変換器
１６ 制御器
１８ 電動機
２０ 変速器
２２ 伝動軸
２６ 回転速度検出器
２８ 発電機
３０ 負荷
３８ バス
４０ 閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム
２８１ 発電機
２８２ 発電機
２８３ 発電機
２８４ 発電機

Claims (14)

1. 高電圧を提供するための電力供給機構と、
   該電力供給機構により提供される該高電圧で運転が制御される駆動装置と、
   該駆動装置によって伝動軸を通じて回転されて発電し、発生した電源が該電力供給機構及び負荷に提供される少なくとも１つの発電装置と
   を含み、
   該駆動装置が高回転速度で該伝動軸を回転させ、該伝動軸で該少なくとも１つの発電装置を回転させることで発電する、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム。
2. 該電力供給機構は、
   低電圧を提供するために使用され、且つ該少なくとも１つの発電装置により充電される蓄電装置と、
   該蓄電装置により提供される該低電圧を該高電圧に変換させるための変換器と、
   該変換器により提供される該高電圧を受けて該駆動装置の運転を制御する制御器と、
   該伝動軸の回転速度を検出することにより、該制御器が該駆動装置の運転する回転速度を制御するための回転速度信号を生成する回転速度検出器と
   を含む、請求項１に記載の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム。
3. 該蓄電装置は、鉛酸電池、ニッケル水素電池及びリチウム電池のうちの１つである、請求項２に記載の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム。
4. 該変換器は、直流から直流への変換器及び直流から交流への変換器のうちの一方である、請求項２に記載の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム。
5. 該制御器は、交流サーボ、直流サーボ及び周波数変換器のうちの１つである、請求項２に記載の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム。
6. 該駆動装置は、交流電動機、直流電動機、磁気浮上モーター及び永久磁石式モーターのうちの１つである、請求項１に記載の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム。
7. 該駆動装置と該伝動軸との間に装着され、該伝動軸を回転させる該駆動装置の回転速度を変更するための変速器を更に含む、請求項１に記載の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム。
8. 該変速器は、無段変速器又は有段変速器である、請求項７に記載の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム。
9. 該少なくとも１つの発電装置は、交流発電機及び直流発電機のうちの一方である、請求項１に記載の閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステム。
10. 電力供給機構、駆動装置及び少なくとも１つの発電装置を含む閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムの操作方法であって、
    該電力供給機構が高電圧を提供して該駆動装置の運転を制御することと、
    該駆動装置が高回転速度で伝動軸を回転することと、
    該伝動軸で該少なくとも１つの発電装置を回転させることで発電することと、
    該少なくとも１つの発電装置により発生した電源を該電力供給機構及び負荷に提供することと
    を含む、閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムの操作方法。
11. 該電力供給機構における変換器が、該電力供給機構における蓄電装置の低電圧を該高電圧に変換させる、請求項１０に記載の操作方法。
12. 該電力供給機構における回転速度検出器が、該伝動軸の回転速度を検出して回転速度信号を生成し、該電力供給機構における制御器が、該回転速度検出器の該回転速度信号に基づいて該駆動装置の運転を制御する、請求項１０に記載の操作方法。
13. 該閉鎖型エネルギーコンバインドサイクルシステムにおける変速器が、該伝動軸を回転する該駆動装置の回転速度を変更する、請求項１０に記載の操作方法。
14. 該少なくとも１つの発電装置が、該電力供給機構における蓄電装置に対して充電する、請求項１０に記載の操作方法。