JP3221596U

JP3221596U - 電力改善装置

Info

Publication number: JP3221596U
Application number: JP2019001061U
Authority: JP
Inventors: 仲燮宋
Original assignee: 株式会社エコモス
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2029-03-26

Abstract

【課題】家庭や小規模店舗等の小規模電力需要者でも使用でき、有効に省電力化を図ることができる電力改善装置を提供する。【解決手段】電力改善装置２０は、内側箱１１と、内側箱内に配置され、電気石の粉体、酸化鉄の粉体及び塩水を含んで構成される高誘電率の混合層１５と、混合層の中に配置した金、銀、又は銅からなる電極板１３と、磁気層を作り出す磁石１４と、混合層に配置され外部に導出された電線１２と、から構成したユニット体１０を複数個備え、複数個のユニット体を収納するとともに複数個のユニット体からの複数の電線が省電力を図る装置の負荷を接続可能に取り出された外側箱２１と、を備える。【選択図】図１

Description

本考案は、電力の消費量を削減する電力改善装置に関する。

近年既存エネルギー源である石炭や石油に代わる代替エネルギー資源を開発するため、風力、潮力、太陽光、地熱などの脱ＣＯ_２エネルギー資源開発に国を挙げて様々な研究が行われている。

このような自然エネルギーで開発、生産されるエネルギーは従来の方法で生産される電気エネルギーに変わって使用される事情がある。最近シェールガスなどの実用化が進められて、ＣＯ２削減による地球温暖化防止に大きく寄与することは期待されるが、実際電気エネルギーを直接消費する電気製品の負荷を減らすことはまだできていない。無論コストの面では大きく寄与できるのであろう。最近はＬＥＤ素子を使用した照明機器や関連ディスプレーなどは国のＰＳＥ規格などの厳しい基準により力率などを０．９以上と規制されていて省エネに貢献することが期待される。

しかしながら既存の機械であるモーターやポンプ、冷暖房機器、洗濯機、冷蔵庫、空調機などのコイル負荷製品の力率は、まだＬＥＤ照明機器のように規制が厳しくない。このため、省エネができる範囲がまだ広いことが現実である。電気製品の規制範囲の中で突入電流や高調波だけの有害電波の数値を見ると突入電流値は２０ｍＡ以下、高調波は平均３０％の含有率となっている。このような機械に大きく負担を与える有害電波と各種抵抗は電力の流れを悪くし、かつ機械の誤作動や不具合を起こし、かつ機械の寿命も短縮することが多いといわれている。自然エネルギーの開発や普及も重要であるが、電流の流れを改善して潤滑な電流の流れを誘導して効率を上げ省エネに繋がる研究開発も同時に行うべきである。

本電力改善装置の開発は、自然石の素材が持つ性質の把握や研究を始め、実際に日本国内に複数の省エネ結果を得た経験からスタートした。電気石が持つ高い誘電率や圧電効果、また酸化鉄が持つ高調波の吸収力、塩化水が持つ誘電物質が化学的応力の応答として生ずる電気的ポテンシャルが開発の根拠である。自然状態でマイナスイオンを３０年以上放出する鉱物である電気石粉末と高調波を吸収して放出する自然石の酸化鉄粉末（応用製品；フェライトコア；東京工科大学、加藤教授チーム開発）の特性を混合させることによりよって、電流の流れの改善により省エネができるまでになった。

本件出願人は、上記事情に鑑みて、電流の流れの改善装置において、内側箱と、前記内側箱を覆う外側箱と、前記内側箱の中に混合される電気石及び酸化鉄の粉体からなる高誘電率の混合層と、前記混合層の中に配置した金、銀、又は銅からなる電極板と、磁気層を作り出す磁石と、前記混合層と装置の負荷に接続された電線と、を備え、前記混合層に塩水を含んでいる電力改善装置を提案した（特許文献１参照）。

特許第６２７４５２３号公報

特許文献１に記載の電力改善装置によれば、高調波フィルターや進相コンデンサーなどが設置されている場所でも使用電力の削減を図ることができる。

しかし、特許文献１に記載のものは、大規模な工場や店舗に使用することを前提としていた。今日、省電力化の要請は、大規模需要者だけではなく、家庭や小規模店舗等の小規模需要者にまで望まれる。

そこで、本考案は家庭や小規模店舗等の小規模電力需要者でも使用でき、有効に省電力化を図ることができる電力改善装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の考案は、内側箱と、前記内側箱内に配置され、電気石の粉体、酸化鉄の粉体及び塩水を含んで構成され高誘電率の混合層と、前記混合層の中に配置した金、銀、又は銅からなる電極板と、磁気層を作り出す磁石と、前記混合層に配置され外部に導出された電線と、から構成したユニット体を複数個備え、前記複数個のユニット体を収納するとともに前記複数個のユニット体からの複数の電線が省電力を図る装置の負荷を接続可能に導出された外側箱と、を備えることを特徴とする電力改善装置である。

同じく請求項２に記載の考案は、請求項１に記載の電力改善装置において、前記内側箱は難燃性の素材で形成され、前記外側箱は防水性の素材で形成されていることを特徴とする。

同じく請求項３に記載の考案は、請求項１に記載の電力改善装置において、前記電線が単相又は３相交流を供給する電源線に接続されることを特徴とする。

同じく請求項４に記載の考案は、請求項１に記載の電力改善装置において、５KWH以下、２００V以下に最適化されていることを特徴とする。

本考案の電力改善装置は、家庭や小規模店舗等の小規模電力需要者でも使用でき、有効に省電力化を図ることができる。

すなわち、請求項１に記載の考案によれば、外側箱は複数のユニット体を収納しており、各ユニット体は内側箱の内部に高誘電率の混合層と、混合層の中に配置した金、銀、又は銅からなる電極板と、磁気層を作り出す磁石と、混合層に配置され外部に導出された電線と、を備えている。そして、混合層は、電気石の粉体、酸化鉄の粉体及び塩水を含んで構成され、複数個のユニット体から導出された複数の電線が省電力を図る装置の負荷に接続可能とされている。

このため、複数のユニット体を収納する一つの外箱を設置して、負荷に接続するだけでよいので、簡単な設備で容易に省電力化を図ることができる。そして、この電力改善装置は家庭や小規模店舗等の小規模電力需要者でも使用できる。

また、請求項２に記載の考案によれば、内側箱は難燃性の素材で形成され、外側箱は防水性の素材で形成されているので、安全性が高く、家庭や小規模店舗等の小規模電力需要者でも使用できる。

更に、請求項３に記載の考案によれば、電線が単相又は３相交流を供給する電源線に接続されるので、家庭や小規模店舗等の小規模電力需要者でも使用できる。

そして、請求項４に記載の考案によれば、５KWH以下、２００V以下に最適化されているので、家庭や小規模店舗等の小規模電力需要者の省電力化に最適である。

本考案の実施形態に係る電力改善装置を示す断面図である。同電力改善装置のユニット体の構成を示す断面図である。同電力改善装置のユニット体の構成を示す分解斜視図である。同電力改善装置の説明図であり、（ａ）は交流の有効電力と無効電力の関係を示す図であり、（ｂ）は伝達される電力と往復される電力を示す図である。同電力改善装置の説明図であり、（ａ）は電極間の分極と自由電子を示す図、（ｂ）は（ａ）において誘電分極を生じさせた状態を示すである。同電力改善装置の説明図であり、（ａ）は誘導分極の状態を示す図、（ｂ）は誘導性負荷と容量性負荷の関係を示す図である。

本考案は高調波を減らし電流の効率を上げて省エネや機器の長寿命に貢献する電力改善装置である。具体的には突入電流を極限まで下げる研究の経験（０．１８Ａまで下げた）と高調波を平均８％まで下げた経験を動機として、電力改善をする装置の開発が進められてきた。

以下、本考案の実施形態に係る電力改善装置について説明する。図１は本考案の実施形態に係る電力改善装置を示す断面図、図２は同電力改善装置のユニット体の構成を示す断面図、図３は同電力改善装置のユニット体の構成を示す分解斜視図である。

本実施形態に係る電力改善装置２０は、図１に示すように、外側箱２１内に、３台のユニット体１０、１０、１０を配置して構成されている。また、電力改善装置２０は配電盤３０に接続されている。

外側箱２１は、防水性の素材、例えば硬質の合成樹脂で直方体状に形成され、内部が２枚の仕切板２２、２２で３区画に分割されている。また、外側箱２１の上面には、後述するユニット体１０からの電線１２を水密状態で導出する取出口２３が配置されている。また、外側箱２１には、内部圧力の調整弁を配置することができる。

外側箱２１内の３つの区間にはそれぞれ１台のユニット体１０が配置され、外側箱２１内には３台のユニット体１０、１０、１０が配置される。３台のユニット体１０、１０、１０は同一の構成を備える。

ユニット体１０は、直方体状に形成された内側箱１１内に電線１２、２枚の電極板１３、１３及び２基の磁石１４、１４及び混合層１５を備える。

内側箱１１は、防水性、難燃性がある素材、例えば金属や難燃性の合成樹脂で構成される。内側箱１１の上面には電線１２を導出する取出部材１６が配置されている。

電線１２は、銅製であり、良好な導電性を有する。電線１２のユニット体１０から外側の領域には必要に応じて被覆を行うことや、先端に接続端子を配置することができる。

電極板１３、１３は、電線１２を挟むように配置される板状部材である。電極板１３は、金、銀、又は銅で形成することができる。電極板１３の形状は単なる方形の板材の他、板材に孔等を形状した様々な形状とすることができる。

磁石１４は、２枚の電極板１３、１３を外側に配置される。磁石１４は棒状のフェライト磁石、その他の磁石を使用することができる。

混合層１５は、電気石の粉体、酸化鉄の粉体及び塩水を含んで構成され高誘電率である。混合層１５は、誘電率が高い電気石、酸化鉄、塩水分などの鉱物からなり、具体的には、「NAFe²⁺ ₃Al₆Si₆O₁₈(B0₃)₃(OH)₃OH^*」、「NaCl」、「HOH」、及び、「誘電率が高い鉱物の混合物」を使用できる。

そして、電力改善装置２０から導出された３本の電線１２、１２、１２はそれぞれ、配電盤３０の供給側３１から負荷側３２に配置される３相交流のＲ、Ｔ、Ｓ線に接続される。なお、電線１２は、必要に応じて、単相交流の２端子に接続することができる。

本実施形態に係る電力改善装置２０は、電力５KWH以下、電圧２００Ｖ以下に最適化されている。すなわち、この容量、電圧で安全に使用できるように、各部材の大きさ、材質を選択する。これにより、価格の上昇が抑制できる他、電力改善装置２０の体積や質量の上昇を抑えることができ、家庭や小規模店舗等の小規模需要者において簡単に設置することができる。

次に実施形態に係る電力改善装置２０の作用について説明する。

電力改善装置２０は、誘電率が高い電気石、酸化鉄、塩水分などの鉱物それぞれの自然特性を活かした省電力機器である。

一般に誘導性負荷（モーターなど回転運動をするすべての負荷）に容量負荷（コンデンサー）を取り付けることにより、無効電流値を減らし、有効電流値を上げることで電流の流れを改善することになり、省エネに繋がる。この結果、電流量が小さくなる。すると力率が上がり、省電力が図れる。

本実施形態に係る電力改善装置２０は、誘電率が高い自然素材を採択することにより、装置の安全性が高め、省電力効果を一層高めている。また、電力改善装置２０自体には電流が流れないため、設置が易しく、また維持管理の面でも優れ、経済性を高めることが期待される。

金属中では自由電子が電流を運ぶ導線に電池を繋げたときに電池が持っている起電力が導線内に電場を生じ、それによる力を受けた荷電粒子が動いて導線に一定の電流が生じる。導体のある断面を微小時間ｄｔの間に電荷ｄＱが通過するとき、時間当たりの電荷を電流の強さという。

金属導体の両端に電圧Ｖを加えると、電場Ｅ（＝Ｖ／ｌ）が生じることから金属導体中の自由電子はクーロン力Ｆ（＝ｅＶ／ｌ）を受ける。そのため、電子は絶えず加速され、速さは限りなく大きくなるように思われているが、実際には陽イオンの熱振動によって、自由電子の動きを妨げる抵抗力が働き、電子の流れる速さは一定になる。この抵抗力は電子の流れる速さｖに比例（比例定数ｋ）すると考えると、クーロン力Ｆと抵抗力ｋｖとの釣り合いから、図４（ａ）、（ｃ）に示す関係が得られる。

電力改善装置２０のユニット体１０内に配置された混合層１５は、混合された酸化鉄粉末と電気石粉末は外部からの電圧（電位差）を受け、自由電子を作り出す。この自由電子は、電極板１３の面上に正負の電荷の組として無数に並んで位置される。電荷は連続的に発生し、生成したり消滅したりしない。

図５（ａ）に示すように、これにより、電極板１３は、電荷を集め、電荷を自由電子として放出する。外側の電子は自由電子となっていて格子上を動き回ることができ、金属に電位差（電圧）を印加すると、電場に影響されて自由電子が一方向に流れ出す。それが電気の流れ（電流）となる。

導体のある断面を微小時間ｄｔの間に電荷ｄＱが通過する。とき、時間当たりの電荷を電流の強さという（Ｉ＝ｄＱ／ｄｔ（Ｑは電荷量で１．６０×１０−１９））。自由電子となっていて格子上を動き回ることができ、そのために金属は導体となっている。金属に電位差（電圧）を印加すると、電場に影響されて自由電子が一方向に流れ出す。電子の流れが抵抗なく流れると各種の有害電波や熱などが減り、省電力が図れる。

また、図５（ｂ）に示すように、ユニット体１０の中の混合層１５において、混合され酸化鉄粉末と電気石粉末を混ぜた混合物は塩水に分解され、イオン分極を作り出す。これにより、電極板１３に電荷を集め、電荷を自由電子として図６のように並べさせ電線を通じ電位差で負荷側に電子が流れていくようにする。

ここで、誘電分極とは、図６（ａ）に示すように、誘電体に外部電場をかけたときに、その誘電体が電気的に分極する現象のことをいい、電気分極ともいわれる。これは、電場によって微視的な電気双極子が整列することで引き起こされる。正負の電荷の組が無数に並んでいる状態であるため、内部にも電位差が生じる。誘電性の源は誘電体内部に電気双極子が生じることである。これを誘電分極と呼び、電子分極、イオン分極、配向分極、空間電荷分極に分類される。電極間に異なる電荷が蓄積された場合、プレート間に電界が生じることにより電荷は電極から他方の電極へ移動する。この電界は単純な平行板コンデンサーにおいて電位差Ｖ＝Ｅ・ｄを生み出す間的に分離された電荷は電界と電位を発生する。

本考案では電気容量器（コンデンサー）の原理で説明すると下記の公式から見て誘電率εを高めることに着目してなされている。

この電気容量は電極の面積に比例、電極の距離に反比例すること、同様に誘電体の誘電率にも比例することは周知である。

本考案は、コイル負荷などの誘導性負荷に対し、コンデンサーなどの容量性負荷をかけ、使用量を削減するものである（図６（ｂ）参照）。すなわち、ε＝ε０＋εｕ＝トルマリン、フェライト、ｃｌ−などの物質によりこれを実現する。

ここで、酸化鉄や電気石は自然素材であり、かつ誘電係数（ε）が高いので本考案の装置の容量を上げることにより、省エネ率を高めることができる。

以上をまとめると、電力改善装置２０は以下のような作用で省電力を図る。
１．高い誘電係数を持つトルマリン（電気石）とフェライト（酸化鉄）鉱物を採用し、誘電率εを高める。
２．トルマリンとフェライトの鉱物を粉末化して表面積を増やし電荷の動き、自由電子の動きを活発化させる。
３．鉱物混合物から生じる自由電子が電線に電荷の密度を高め、電流の潤滑な流れを誘導する。
４．フェライト磁石が高調波を吸収し、放出する機能を果たす。

電子は、自由電子となっていて格子上を動き回ることができ、そのために金属は導体となっている。金属に電位差（電圧）を印加すると、電場に影響されて自由電子が一方向に流れ出す。それが電気の流れ（電流）となるので電流とは電子の移動である。電子の流れが抵抗なく流れると各種の有害電波や熱などが減り、省電力に繋がる。

また、主な混合物である酸化鉄鉱物はフェライトコアのように高調波を吸収し熱として外部に放出することができるから電流の流れに妨げとなる有害電波を減らすことも期待される。

なお、考案の電力改善装置は、高調波フィルターや進相コンデンサーなどが設置されてある場所でも使用できる。インバーター装置はモーターの回転数を制御して突入電流の発生抑制や高調波などの有害電波の抑え、機器の効率化を図ることにより機器の寿命を長持ちさせるといわれている。インバーター機器はＤＣで動き制御するから、本電力改善装置は、インバーター機器の２次側に取り付けることができる。

本考案に係る電力改善装置は、家庭や小規模店舗等の小規模電力需要者でも使用でき、有効に省電力化を図ることができ、産業上の利用可能性がある。

１０：ユニット体
１１：内側箱
１２：電線
１３：電極板
１４：磁石
１５：混合層
１６：取出部材
２０：電力改善装置
２１：外側箱
２２：仕切板
２３：取出口
３０：配電盤
３１：供給側
３２：負荷側

Claims

内側箱と、
前記内側箱内に配置され、電気石の粉体、酸化鉄の粉体及び塩水を含んで構成され高誘電率の混合層と、
前記混合層の中に配置した金、銀、又は銅からなる電極板と、
磁気層を作り出す磁石と、
前記混合層に配置され外部に導出された電線と、
から構成したユニット体を複数個備え、
前記複数個のユニット体を収納するとともに前記複数個のユニット体からの複数の電線が省電力を図る装置の負荷を接続可能に導出された外側箱と、
を備えることを特徴とする電力改善装置。
前記内側箱は難燃性の素材で形成され、前記外側箱は防水性の素材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力改善装置。
前記電線が単相又は３相交流を供給する電源線に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電力改善装置。
５KWH以下、２００V以下に最適化されていることを特徴とする請求項１に記載の電力改善装置。