JP3219331U - 交流発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンのように機械的なエネルギーで発電する場合は、燃料の安定供給が確保されることを前提としているが、地震等の自然災害や不測の事態により、燃料供給が一時的または長期的に途絶する場合に、自然エネルギーを代替的に利用した交流発電装置を提供する。【解決手段】直接直流を発電する直流発電源２０と、直流発電源２０からの直流の電圧を蓄電池２４に充電可能な電圧にまで変換する第１直流電圧変換ユニット２２と、第１直流電圧変換ユニット２２からの直流を充電する蓄電池２４と、蓄電池２４からの直流の電圧を必要な電圧にまで昇圧する第２直流電圧変換ユニット２６と、第２直流電圧変換ユニット２６からの直流を交流に変換して単相交流または三相交流を出力する直流／交流変換ユニット２８とから構成した。【選択図】図１

Description

この考案は、エンジンを駆動源とする発電機の回転により交流を得る発電装置に代えて、太陽光や風力等の自然に由来するエネルギーを利用して交流を効率的に発電する交流発電装置に関するものである。

電力会社の送電系統から独立して、野外や停電時に電気機器等の負荷へ必要な交流電力を供給する手段として、可搬式(ポータブル型)や据置き型のエンジン発電機が広く使用されている。エンジン発電機は、例えばガソリン等の化石燃料を使用するエンジンにより発電機を回転させて交流を発生させるものである。

図３は、従来公知に係る可搬式のインバータ発電装置のブロック図であって、例えばガソリンを燃料とするエンジン１０を発電機１２の駆動源としている。この発電機１２としては、一般に三相交流を発電し得る発電構造が採用され、前記エンジン１０により該発電機１２を回転させることで三相交流(ＡＣ)が発電される。この三相交流はＡＣ／ＤＣコンバータ１４で直流(ＤＣ)に変換された後、ＤＣ／ＡＣインバータ１６で安定した波形の交流(ＡＣ)に変換される。この交流(ＡＣ)は単相電力または三相電力として出力されて、各種電気機器の負荷に接続される。

特許第５５６６７９６号公報

図３で説明したエンジン駆動の発電機によるインバータ発電装置は、安定した交流波形の単相電力または三相電力が取り出せて便利である。しかし、エンジンのように機械的なエネルギーで発電する場合は、燃料の安定供給が確保されることを前提としているが、地震等の自然災害や不測の事態により、燃料供給が一時的または長期的に途絶することを想定しておく必要がある。また、人の居住環境によっては、身近に太陽光発電パネルを設備できたり、小規模の風力発電や水力発電を設置できたりして、これら自然由来のエネルギーによる直流電力または交流電力が得られる場合もある。

前述した自然由来のエネルギーが身近に得られる環境であれば、前記エンジン等の機械的な駆動力による発電ユニットに代替して、太陽光や風水力等の自然エネルギーを活用した電力の供給が期待できる。しかし現在のところ、自然エネルギーを前記の機械的なエネルギーに代替させて発電を行う交流発電装置は市場に存在しない。

前記課題を解決し、所期の目的を達成するため請求項１に記載の考案は、
直接直流を発電する直流発電源と、
前記直流発電源からの直流の電圧を蓄電池に充電可能な電圧にまで変換する第１直流電圧変換ユニットと、
前記第１直流電圧変換ユニットからの直流を充電する前記蓄電池と、
前記蓄電池からの直流の電圧を必要な電圧にまで昇圧する第２直流電圧変換ユニットと、
前記第２直流電圧変換ユニットからの直流を交流に変換して単相交流または三相交流を出力する直流／交流変換ユニットとから構成したことを要旨とする。
請求項１に係る考案によれば、太陽光のような自然エネルギーを変換した電力(直流)を使用して単相電力(または三相電力)が得られるので、太陽エネルギーを使用し得る環境であれば大幅なコスト節減になり、また非常用電源としても優れている。

前記課題を解決し、所期の目的を達成するため請求項２に記載の考案は、
回転により交流を発電する交流発電源と、
前記交流発電源からの交流を直流に変換する交流／直流変換ユニットと、
前記交流／直流変換ユニットからの直流の電圧を蓄電池に充電可能な電圧にまで変換する第１直流電圧変換ユニットと、
前記第１直流電圧変換ユニットからの直流を充電する前記蓄電池と、
前記蓄電池からの直流を必要な電圧にまで昇圧する第２直流電圧変換ユニットと、
前記第２直流電圧変換ユニットからの直流を交流に変換して単相交流または三相交流を出力する直流／交流変換ユニットとから構成したことを要旨とする。
請求項２に係る考案によれば、小規模の風水力発電や地熱発電により得られる電力(交流)を使用して単相電力(または三相電力)が得られるので、風力、水力、地熱等を使用し得る環境であれば大幅なコスト節減になり、また非常用電源としても優れている。

化石燃料等を使用するエンジン等を発電機の駆動源とする発電装置(例えばインバータ発電装置)では、不測の事態により燃料の安定供給がなされなくなったり、燃料供給が途絶したり、燃料コストが高騰したりした場合には発電不能になることが予想される。また、化石燃料を使用することでコストが嵩み、更に排出するＣＯや騒音で環境を劣化させる原因になっている。しかし本考案は、代替的な発電手段を有効活用し得るものであり、殊に、太陽光や風水力等の自然エネルギーを利用して交流電力を発電するので環境に優しく、コストの低減を長期に亘り安定して図り得るものである。

太陽光パネルの如く直流を発電する直流発電源を使用した本考案に係る交流発電装置のブロック図である。 風力発電の如く回転により交流を発電する交流発電源を使用した本考案に係る交流発電装置のブロック図である。 従来のエンジンで発電機を回転させて発電を行うインバータ発電装置のブロック図である。

次に、本考案に係る交流発電装置について、好適な実施例を添付図面に従って説明する。本考案は、燃料を使用するエンジンの如き機械的なエネルギーの使用に代えて、自然由来のエネルギーから安定した交流を発電するようにしたものである。

ここで自然由来のエネルギー利用形態としては、(１)例えば、太陽光パネルにより太陽光を変換してダイレクトに直流を出力する直流発電源を使用する場合と、(２)風力発電、水力発電、地熱発電等の如く、自然エネルギーにより回転力を生起させ、これにより交流を出力する交流発電源を使用する場合とに大別される。なお、風水力発電や地熱発電と云えば、一般に大規模な発電施設を想起するが、ここでは小規模な利用形態のものを想定している。水力発電を例に挙げれば、側溝のような小排水路や谷川に水車を設置し、この水車の回転により小規模発電を行うことが地域的に実施されている。また風力発電も、年間を通じて強い風が吹く地域に立てた塔で風車を回転させる大規模なものでなく、個人の家や公共施設にも設備可能な高効率の小規模風力発電装置が普及している。更に地熱発電にしても、温泉や火山地帯で地表から熱蒸気が定常的に噴出するところであれば、小さな蒸気タービンを回転させて小規模な地熱発電が可能である。

本考案においては、前記(１)の太陽光パネル等によりダイレクトに直流を発電する直流発電源を使用する場合を実施例１とし、前記(２)の風水力等を利用した回転力により交流を発電する交流発電源を使用する場合を実施例２として、以下に詳しく説明する。

本考案の実施例１に係る交流発電装置は、図１に示す如く、太陽光パネルで光を直流に変換し得る直流発電源２０を使用する。この直流発電源２０としては、太陽光パネル以外に微生物を利用した燃料電池や電気化学反応によって発電する燃料電池等の如く、ダイレクトに直流を出力するデバイスであってもよい。前記直流発電源２０からダイレクトに発電された直流(ＤＣ)は、第１直流電圧変換ユニット２２に入力されて、後述の蓄電池２４に充電可能な電圧に設定される。すなわち第１直流電圧変換ユニット２２は、直流の電圧を異なるレベルの直流電圧に昇圧または降圧させる機器であって、所謂ＤＣ／ＤＣコンバータが好適に使用される。より具体的には、直流電圧を降圧させるのであればスイッチング素子の一種であるリニアレギュレータが使用され、また直流を昇圧するのであればスイッチングレギュレータが使用される。なお、スイッチングレギュレータは、直流を降圧させるのにも使用可能であり、エネルギー損失が少ないため高効率である。

前記第１直流電圧変換ユニット２２で降圧(または昇圧)されて充電に適した電圧になった直流(ＤＣ)は、蓄電池２４に入力されてフル充電される。この蓄電池２４に充電された直流(ＤＣ)は第２直流電圧変換ユニット２６に入力されて、直流電圧を昇圧させる。すなわち、前記蓄電池２４に充電された直流の電圧は余り高くなく、そのまま実用には供し得ないため第２直流電圧変換ユニット２６で必要な直流電圧にまで昇圧される。この第２直流電圧変換ユニット２６も所謂ＤＣ／ＤＣコンバータであって、前述したスイッチングレギュレータが好適に使用される。

前記第２直流電圧変換ユニット２６で昇圧された直流(ＤＣ)は、次にＤＣ／ＡＣ変換ユニット２８に入力されて、直流(ＤＣ)から交流(ＡＣ)に変換される。このＤＣ／ＡＣ変換ユニット２８は、所謂ＤＣ／ＡＣインバータが好適に使用される。このＤＣ／ＡＣ変換ユニット２８から出力される交流(ＡＣ)は単相電力(または三相電力)であって、図示しない各種電気機器の負荷を電気的に稼働させる。

本考案の実施例２に係る交流発電装置は、図２に示すように、風力発電、水力発電その他地熱発電等による回転体で交流を発電する形式の交流発電源３０を使用する。この交流発電源３０で発電された交流(ＡＣ)は、ＡＣ／ＤＣ変換ユニット３２に入力されて直流(ＤＣ)に変換される。すなわちＡＣ／ＤＣ変換ユニット３２は、交流(ＡＣ)を直流(ＤＣ)に変換する機器であって、所謂ＡＣ／ＤＣコンバータが好適に使用される。前記ＡＣ／ＤＣ変換ユニット３２で変換された直流(ＤＣ)は、第１直流電圧変換ユニット２２に入力されて、後述の蓄電池２４に充電可能な電圧に設定される。すなわち第１直流電圧変換ユニット２２は、直流の電圧を異なるレベルの直流電圧に昇圧または降圧させるコンバータであって、具体的には、直流電圧を降圧させるのであればスイッチング素子の一種であるリニアレギュレータが使用され、また直流を昇圧するのであればスイッチングレギュレータが使用される。

前記第１直流電圧変換ユニット２２で降圧(または昇圧)されて充電に適した電圧になった直流(ＤＣ)は、蓄電池２４に入力されてフル充電される。この蓄電池２４に充電された直流(ＤＣ)は第２直流電圧変換ユニット２６に入力されて、その電圧を昇圧させる。すなわち、前記蓄電池２４に充電された直流の電圧は実用に供し得ないため、第２直流電圧変換ユニット２６で必要な直流電圧にまで昇圧される。この第２直流電圧変換ユニット２６も所謂ＤＣ／ＤＣコンバータであって、前述したスイッチングレギュレータが好適に使用される。

前記第２直流電圧変換ユニット２６で昇圧された直流(ＤＣ)は、次にＤＣ／ＡＣ変換ユニット２８に入力されて、直流(ＤＣ)から交流(ＡＣ)に変換される。このＤＣ／ＡＣ変換ユニット２８は、所謂ＤＣ／ＡＣインバータが好適に使用される。このＤＣ／ＡＣ変換ユニット２８から出力される交流(ＡＣ)は単相電力(または三相電力)であって、図示しない各種電気機器の負荷を電気的に稼働させる。

実施例１および実施例２で述べたように、本考案に係る交流発電装置によれば、太陽光や風水力のような自然に由来するエネルギーにより発電した直流／交流から、安定した交流波形の単相電力／三相電力を取り出し得るものである。従ってエンジン等の機械的な駆動源を使わないため環境に優しく、またコスト低減を長期に亘り安定して確保し得る利点を有している。

２０ 直流発電源，２２ 第１直流電圧変換ユニット，２４ 蓄電池，
２６ 第２直流電圧変換ユニット，
２８ ＤＣ／ＡＣ変換ユニット(直流／交流変換ユニット)，
３０ 交流発電源，３２ ＡＣ／ＤＣ変換ユニット(交流／直流変換ユニット)

Claims (2)

1. 直接直流を発電する直流発電源(20)と、
   前記直流発電源(20)からの直流の電圧を蓄電池(24)に充電可能な電圧にまで変換する第１直流電圧変換ユニット(22)と、
   前記第１直流電圧変換ユニット(22)からの直流を充電する前記蓄電池(24)と、
   前記蓄電池(24)からの直流の電圧を必要な電圧にまで昇圧する第２直流電圧変換ユニット(26)と、
   前記第２直流電圧変換ユニット(26)からの直流を交流に変換して単相交流または三相交流を出力する直流／交流変換ユニット(28)とから構成した
   ことを特徴とする交流発電装置。
2. 回転により交流を発電する交流発電源(30)と、
   前記交流発電源(30)からの交流を直流に変換する交流／直流変換ユニット(32)と、
   前記交流／直流変換ユニット(32)からの直流の電圧を蓄電池(24)に充電可能な電圧にまで変換する第１直流電圧変換ユニット(22)と、
   前記第１直流電圧変換ユニット(22)からの直流を充電する前記蓄電池(24)と、
   前記蓄電池(24)からの直流を必要な電圧にまで昇圧する第２直流電圧変換ユニット(26)と、
   前記第２直流電圧変換ユニット(26)からの直流を交流に変換して単相交流または三相交流を出力する直流／交流変換ユニット(28)とから構成した
   ことを特徴とする交流発電装置。

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