JP3193838U - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】通常の家庭で使用されている１００Ｖ電圧による電気機器を、１００Ｖ電源が届かない地域で、一定期間作動させる発電システムを提供する。【解決手段】大容量の第１の蓄電池（二次電池）１０と第２の蓄電池（電気二重層キャパシタ）１１を動力源として、発動機２に発電機３１，３２を同軸上にカップリング４１，４２をおこない、所望の電圧（例、１００Ｖ）を発生させる。【選択図】図１

Description

本考案は、蓄電池を動力源とした発電システムに関する。

内燃機関を動力源とする発電機は大型となる。近年のＬＥＤ照明にみられるように、低電力量で家庭用の部分照明は、まかなえる。動力源として蓄電池を使用した発動機（モータ）に同一軸上（カップリング）に発電機を設置することに効率よく所望電圧の発電が可能となる。
発電機と発動機（モータ）をカップリング（軸継手）で、同一軸上で行う発電方法は、下記特許文献１、２に見られる。

特開２０１２−１４３０８４ 実用新案登録第３１７７１１８号

蓄電池を動力源として発電を行う場合、蓄電池の内部抵抗が問題となって、発動機（モータ）の立ち上がりに所望の回転数が得られず、結果的に所望電圧（交流電圧１００V）が得られない。

本考案では、スイッチを入れたと同時に、所望の交流１００V電気が得られる。

動力源となる蓄電池に異種特性を有する蓄電池を並列に作動させることにより、この問題を解決した。

本件考案の発電システムである。 本件考案の蓄電池の放電特性である。同図（ａ）は、電気二重層キャパシタ１１の放電特性であり、同図（ｂ）は、二次電池１０の放電特性である。 発動機２の回転数の説明図である。同図（ａ）は、電源（蓄電池）として二次電池１０のみの場合であり、同図（ｂ）は、電源として二次電池１０と電気二重層キャパシタ１１を並列にしたものである。 本考案の動力源として、電気二重層キャパシタ１１を二次電池１０に並列に接続した効果を示すものである。

＜発電システム１＞
異なる特性を有する蓄電池を動力源として、１台の発動機２を駆動して、複数のカップリング（軸継手）を複数の発電機に同一軸上に継手して、一方の発電機を充電用発電機とし、他方の発電機を電力使用可能（取出用）とした、発電システム１である。
＜発動機２＞

本件考案では、電気による発動機である。発動機２は、インバータ７により、ＤＣ−ＡＣ変換を行い１００Ｖ交流を供給することによって駆動する。
＜発電機３＞

発電機３１、３２は、発動機２と同一軸上にカップリング（軸継手）されている。
発電機３１は、交流を発生し、ＡＣ−ＤＣインバータにより、発電ＤＣ電圧１４．２５Ｖを発生する。
発電機３２は、２相交流電圧を発生する。トランス１３を介して、出力端子１４には、日本の家庭用仕様の標準電圧であるＡＣ１００Ｖを発生する。
＜充電・放電切替回路９＞

発動機２への電力供給（放電）と、発電機３１からの発生電力を蓄電池１０、１１に充電する切替回路である。
＜蓄電池１０、１１＞

第１の蓄電池１０は、充電を行うことにより電気を蓄えて電池として使用できる繰返し使用できる二次電池（化学電池）である。電極に鉛を使用したものをバッテリーと呼ぶ。通常は、酸化還元作用のある液体が電解質として使用される。
第２の蓄電池１１（電気二重層キャパシタ）は、電極での化学反応によって電気エネルギーを蓄える二次電池９と異なり、電極のイオン分子が電荷を蓄える。充放電による劣化が少なく、内部抵抗が低いのが特徴である。
第２の蓄電池１１（電気二重層キャパシタ）は、従来の二次電池１０と比較して、長所・短所は、下記のものが挙げられている。
・内部抵抗が低く短時間で充放電が行える
・製品寿命が長い
・電圧が低い
・自己放電が多い
・ 充電時に電圧が直線的に変化する

図２は、放電特性を示したものである（ウィキペディアより引用）。同図（ａ）は、電気二重層キャパシタ１１の放電特性であり、同図（ｂ）は、二次電池１０の放電特性である。放電する場合、電気二重層キャパシタ１１は一直線に電圧Ｖが下がるので利用できるエネルギーＥは三角形の面積（Ｅ＝ＱＶ電気二重層キャパシタ／２：Ｑは電荷、Ｖは電圧）となるが、二次電池１０のエネルギーＥは四角形に近いものとなる。

発動機２の始動時には、大電流を必要とする。二次電池１０のみで始動を行うと、発電機２が定常回転数（3,000/rpm）に達するには時間がかかることになる。それは、二次電池１０の実効内部抵抗が高いためである。並列に電気二重層キャパシタ１１を配すると、この点が改善される。図３は、それを示したものである。電池セレクタ回路１２は、二次電池１０と電気二重層キャパシタ１１の切替を行う。二次電池１０のみを使用した発電機２の回転数の立ち上がり時間t1と電気二重層キャパシタ１１を並列に配した立ち上がり時間t2である(t1＞t2、t0は、始動時)。つまり、発電スイッチを入れると同時に、出力端子１４には、ＡＣ１００Ｖ（３０Ａｈ）が瞬時に出力され、使用可能となる。

図４は、二次電池１０に電気二重層キャパシタ１１を並列に接続した効果である。３Ａｈの鉛バッテリー１０と並列に５５Ｆ（ファラッド）の電気二重層キャパシタ１１を接続し、１．５Ａ定電流で、９分放電―３０秒休息のサイクルの放電を行った場合、鉛バッテリー１０の放電末期の急激な抵抗値の増加による電圧降下を補って、５〜８％程度の長時間放電が可能となる。

実施例１において、発電時のロスを少なくするために、発電機３２を３相交流発電機とする。
その余の事項は、実施例１に同じ。

実施例１において、二次電池１０を複数並列配置（図示せず）することによって、長時間発電を行うことができる。その際、電池セレクタ回路１２は、複数の二次電池１０間の切替も行う。
その余の事項は、実施例１に同じ。

本考案は、ＡＣ１００Ｖ電源が届かな地域、例えば、山中、海浜などにおいて、通常の家庭電化製品を、一定期間作動することができる。

１ 発電システム
２ 発動機
３ 発電機
３１ 第１の発電機
３２ 第２の発電機
４ カップリング（軸継手）
４１ 第１のカップリング（軸継手）
４２ 第２のカップリング（軸継手）
５ 始動スイッチ
６ 回路スイッチ
７ インバータ（ＤＣ−ＡＣ）
８ インバータ（ＡＣ−ＤＣ）
９ 充電・放電切替回路
１０ 第１の蓄電池（二次電池）
１１ 第２の蓄電池（電気二重層キャパシタ）
１２ 電池セレクタ回路
１３ トランス
１４ 出力端子（ＡＣ１００Ｖ）

Claims (5)

1. 蓄電池を電源として、発動機と発電機を有する発電システム（１）において
   カップリング（４、４１、４２）を発動機（２）の同一軸上に双方に設けて、複数の発電機（３１、３２）で発電を行うことを
   特徴とした発電システム（１）。
2. 請求項１において、異種の蓄電池、つまり、放電時に内部抵抗の比較的高い蓄電池（１０）と放電時に内部抵抗の比較的低い蓄電池（１１）を並列接続して発電を行うことを
   特徴とした発電システム（１）。
3. 請求項１において、発電機（３２）を三相交流発電としたことを
   特徴とした発電システム（１）。
4. 請求項１において、二次電池（１０）を複数並列配置したことを
   特徴とした発電システム（１）。
5. 請求項１ないし３において、発電機（３２）によって発電される交流電圧をトランス（１３）を経由して出力端子（１４）には、１００Ｖ交流となることを
   特徴とした発電システム（１）。
   

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