JP3733932B2 - エネルギー蓄積装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギー蓄積装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のエネルギー蓄積装置として、例えば、電気エネルギーを蓄積する無停電電源装置（以下、ＵＰＳと称する）が広く知られている。このＵＰＳは、通電時に入力電圧（例えば１００Ｖ商用交流電圧）を降圧してバッテリを充電しておき、停電時に当該バッテリに充電された充電電圧を上記入力電圧に昇圧して出力する電源装置であり、電源の供給を停止することができない機器に接続して用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＵＰＳでは、一般にバッテリとして鉛蓄電池を用いており、この鉛蓄電池は、３〜４年で交換しなければならず、装置維持のためのランニングコストが高くなってしまう。このため、エネルギーを蓄積する手段として、鉛蓄電池の代わりにフライホイール等を用い、電気エネルギーではなく他のエネルギー（例えば、運動エネルギー）で蓄積しておくことも考えられるが、この場合においても、エネルギーを蓄積した状態に維持しておくためのエネルギーが新たに必要となり、ランニングコストを低減することは不可能である。例えば、フライホイールを用いる場合、常時フライホイールをモータにより回転させておく必要があり、モータを駆動するための電気エネルギーが必要となる。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、装置維持のためのランニングコストを低減することが可能なエネルギー蓄積装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエネルギー蓄積装置は、エネルギーを蓄積可能なエネルギー蓄積手段と、インターネット網に接続可能であり、インターネット網を介して送信される電力供給の停止を示唆する電力供給停止情報を受信する情報受信手段と、情報受信手段が電力供給停止情報を受信すると、電力供給の停止前に、エネルギー蓄積手段にてエネルギーを蓄積するように当該エネルギー蓄積手段の動作を開始させるエネルギー蓄積制御手段と、を有することを特徴としている。
【０００６】
本発明に係るエネルギー蓄積装置では、エネルギー蓄積手段と、情報受信手段と、エネルギー蓄積制御手段とを有しているので、エネルギー蓄積制御手段により、情報受信手段にて電力供給停止情報が受信されると、エネルギー蓄積手段にてエネルギーが蓄積されるように当該エネルギー蓄積手段の動作が電力供給の停止前に開始されることとなる。このため、エネルギー蓄積手段においてエネルギーを常時蓄積しておく必要がなくなり、情報受信手段にて電力供給停止情報が受信されてからエネルギーを蓄積するので、エネルギーを蓄積した状態に維持しておくためのエネルギーが少なくてすみ、装置維持のためのランニングコストを低減することができる。
【０００７】
また、エネルギー蓄積手段は、交流発電電動機と、交流発電電動機の回転軸に連結されるフライホイールと、を含み、エネルギー蓄積制御手段は、情報受信手段が電力供給停止情報を受信すると、電気エネルギーをフライホイールの回転運動エネルギーに変換して蓄積するように、交流発電電動機に電力を供給して当該交流発電電動機を電動機として動作させることが好ましい。このように構成した場合、情報受信手段にて電力供給停止情報が受信された際に、フライホイールに回転運動エネルギーを確実に蓄積することができる。
【０００８】
また、実際に電力供給が停止されたことを検出する電力供給停止検出手段を更に有し、エネルギー蓄積制御手段は、電力供給停止検出手段が電力供給の停止を検出すると、フライホイールの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して供給するように、交流発電電動機を発電機として動作させることが好ましい。このように構成した場合、停電発生時に、フライホイールの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、電力を確実に供給することができる。
【０００９】
また、エネルギー蓄積手段は、フライホイールの外側に同じ回転軸芯を持ち回転自在に支持され、フライホイールを覆う覆回転体を更に含むことが好ましい。このように構成した場合、フライホイールと覆回転体との間で相対速度が減少し、流体抵抗が低減され、風損が低減されることとなる。この結果、フライホイールにおける回転運動エネルギーの蓄積効率を高めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係るエネルギー蓄積装置について図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るエネルギー蓄積装置の構成を説明するためのブロック図である。エネルギー蓄積装置１は、商用電源３と各種電気機器等の電気負荷５との間に設けられ、図１に示されるように、交流発電電動機１１、フライホイール１３、コンバータ部１５、インバータ部１７，１９、切替スイッチ２１、制御部２３等を有している。
【００１２】
交流発電電動機１１は、モータ（電動機）及びジェネレータ（発電機）として機能するものであり、例えば三相交流発電電動機を用いることができる。
【００１３】
フライホイール１３は、交流発電電動機１１の回転軸に連結されており、交流発電電動機１１が電動機として機能する場合には、交流発電電動機１１から駆動力が与えられることにより回転する。一方、交流発電電動機１１が発電機として機能する場合には、フライホイール１３は、交流発電電動機１１の回転軸に駆動力を与える。
【００１４】
ここで、図２に基づいて、フライホイール１３の構成について説明する。図２はフライホイールの一部を破断した斜視図である。フライホイール１３は軸１０１を有しており、この軸１０１が交流発電電動機１１の回転軸に接続されることにより、交流発電電動機１１の回転軸に連結される。フライホイール１３は、当該フライホイール１３と同じ回転軸芯を持ち回転自在に支持される第１の覆回転体１０２で覆われている。この第１の覆回転体１０２は、薄板で形成されている。
【００１５】
第１の覆回転体１０２は、フライホイール１３と同じ回転軸芯を回転自在に支持される第２の覆回転体１０３で覆われている。この第２の覆回転体１０３は、第１の覆回転体１０２と同様に、薄板で形成されている。
【００１６】
第２の覆回転体１０３のさらに外側には、これらフライホイール１３、第１の覆回転体１０２および第２の覆回転体１０３を覆い、フライホイール１３の軸受部１０４，１０５が設けられた容器１０６が輩けられている。容器１０６は図示しない支持台に固定されている。第１の覆回転体１０２と第２の覆回転体１０３との間には、一対の軸受１０７，１０８が設けられ、第２の覆回転体１０３と容器１０６との間には、一対の軸受１０９，１１０が設けられている。
【００１７】
なお、第１の覆回転体１０２、第２の覆回転体１０３には、図３に示されるように、その平面上には開孔２０１、２０２を設けるようにしてもよい。この開孔２０１、２０２は貫通し、相互間で気体の移動が可能になっている。
【００１８】
また、図３においては、容器１０６には、ガス管１１３が取り付けられ、このガス管１１３から空気はもとより空気よりも質量の小さい気体、例えば水素やヘリウムなどを注入することができる。注入されると第１の覆回転体１０２や第２の覆回転体１０３には開孔２０１、２０２がそれぞれ設けられているため、水素を注入すればこれら開孔から水素が入り込み、装置全体を水素で置換することができる。また、回転体の速度を上げて外周のガス圧が高くなり、中心部の圧力が下がって中心近くの覆回転体は内側に変形し、逆に外周に近い部分では圧力が上がって外側に変形する可能性があるが、開孔を設けることにより、この圧力変動を減少でき、覆回転体が押しつぶされる現象を回避できる。
【００１９】
ここで、フライホイール１３を覆回転体１０２，１０３で覆うことにより、風損が減少する原理について説明する。フライホイール等、周速が高い回転体における単位面積当たりの流体抵抗Ｄは、流体の密度をρ、レイノルズ数や動粘性係数などで決定される係数をＡ、回転体の速度をＶとすると、
Ｄ＝（ρ／２）ＡＶ2 … （１）
で表されることが知られている。
【００２０】
よって、Ａが係数であるから、抵抗は、速度の二乗に比例していることが分かる。したがって、回転体全体が受ける抵抗は回転体の角速度の二乗に比例することが分かり、回転体が流体抵抗によって受けるトルクをＱ、流体の密度をρ、トルク係数Ｂ、回転体の角速度をωとすると、トルクＱは
Ｑ＝（ρ／２）Ｂω2 … （２）
で表される。
【００２１】
まず、覆回転体が１つ場合で考える。フライホイール１３と覆回転体の表面積がほぼ等しいとし、フライホイール１３の角速度ω1、覆回転体の角速度ω2が釣り合って回転しているとして、フライホイール１３と覆回転体１０２との間の流体抵抗によるトルクをＱ1、覆回転体１０２と覆回転体１０２の外側の流体との間の流体抵抗によるトルクをＱ2とすると、トルクＱ1及びＱ2は、
Ｑl＝（ρ／２）Ｂ（ω1一ω2）2 … （３）
Ｑ2＝（ρ／２）Ｂω2 2 … （４）
【００２２】
この両者は釣り合って回転しており、両者のトルクＱ1とＱ2は等しいため、Ｑ1＝Ｑ2の関係が成立し、上記Ｑ1とＱ2の式から、次の関係を導ける。
（ρ／２）Ｂ（ω1一ω2）2＝（ρ／２）Ｂω2 2 … （５）
この式を整理すると、ω2＝ω1／２が得られる。これは覆回転体１０２の角速度ω2がフライホイール１３の角速度ω1の１／２の速度で回転することを示す。
【００２３】
次に覆回転体が任意数ある場合について考える。覆回転体をｎ個設けたときに各覆回転体のトルクをＱ1、Ｑ2、Ｑ3、…、Ｑn-1、Ｑnとすると、それらは全て同じ値になり、それぞれの相対角速度はω1／（ｎ＋１）で等しくなる。さらに、フライホイール１３および覆回転体に接する流体の層の数は（ｎ＋１）層となるので、フライホイール１３を露出して回転させる場合の流体抵抗によるトルクをＱ0とすると、覆回転体をｎ個設けたときめ流体抵抗によるトルクＱnは、
Ｑn＝Ｑ0／（ｎ＋１）2 … （６）
となる。したがって、フライホイール１３が受ける抵抗は覆回転体が１個、２個、３個、…と増えるにしたがって１／４、１／９、１／１６、…のように減少する。
【００２４】
このように、フライホイール１３に覆回転体を多数設けるとフライホイール１３の流体抵抗が減少し、いわゆる風損を減少できることがわかる。実際には、覆回転体を多数設けると、フライホイール１３に接する流体層などは層全体が大きい角速度で回転することになって流体の質量による影響が無視できなくなる。
【００２５】
図４は、フライホイールや覆回転体の周速Ｖと、流体の回転による遠心力による圧力Ｐの関係をグラフに示したものであり、Ｐは図中に記載の式により得られる。この式において、周速をＶ、気体定数をＲ、絶対温度をＴ、大気圧をＰ0で示す。フライホイールや覆回転体の周速が極めて大きくなると、それら同士に挟まれる流体の回転による遠心力の影響が無視できなくなり、フライホイールまたは覆回転体の外周部分の圧力が増大するので、外周に近い部分の密封性を高くすることが望まれる。特に気体のように圧縮性流体の場合には、回転体の外周に基づくにしたがって流体の密度が高くなる。
【００２６】
図４のグラフから明らかなように、空気の場合には、フライホイールの周速を大きくすると、５００ｍ／ｓで４．４２気圧、１０００ｍ／ｓで３８２．２気圧と急激に圧力が上昇する。これに対し、水素は２０００ｍ／ｓでも計算値では、５．３４気圧となり、空気と比較して圧力上昇が極めて少ない。
【００２７】
このように、空気で周速を１５００ｍ／ｓにすることは現実的に不可能であるが、水素では空気の４倍の速度、２０００ｍ／ｓの周速にしても空気の１／４の速度の場合の圧力と大差ない。空気より密度が小さい水素やヘリウムで置換すると空気に比べ抵抗がはるかに小さく、より風損を減少できる。また、特に水素は熱伝導度が高いため、水素に置換することにより、従来技術では使用できなかった発熱を伴う部品も利用可能になる。
【００２８】
図５は、各回転体（フライホイール及び覆回転体）の周速について、流体の回転に伴う遠心力による内圧上昇を考慮しない場合と、考慮した場合とについて、算出した周速を示すグラフである。１枚目の覆回転体について内圧上昇を考慮した場合には、内圧上昇を考慮しない場合と比較して周速が上昇する。２枚目の覆回転体も同様に内圧上昇の影響を受けて周速が上昇するが、周速が１枚目の覆回転体よりも小さいため、内圧上昇に伴う回転数の上昇の割合は小さい。
【００２９】
図６は、フライホイールの周速度と抵抗トルクの関係を、フライホイールのみ、覆回転体が１から５枚ある場合について示した図である。フライホイールの外周に覆回転体が１枚設けられた場合には、フライホイールと１枚目の覆回転体の相対的回転数が小さくなる結果、フライホイールの風損による損失が低下することを示している。同様に、覆回転体が複数枚設けられた場合には、覆回転体と次の覆回転体との相対的回転数も小さくなるから、この現象による損失の低下が加わる。しかし、覆回転体の枚数が増加した場合、損失低下に寄与する割合は次第に小さくなる。覆回転体を増加する場合は、装置のコストが増加するから、損失低下のメリットを比較判断して設計する必要がある。
【００３０】
再び、図１を参照する。コンバータ部１５は、商用電源３に接続されており、当該商用電源３からの交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を出力する。
【００３１】
インバータ部１７は、切替スイッチ２１を介してコンバータ部１５に接続されており、交流発電電動機１１を電動機として動作させる際には、コンバータ部１５からの直流電力を交流電力に変換し、交流発電電動機１１に供給する。一方、インバータ部１７は、交流発電電動機１１を発電機として動作させる際には、交流発電電動機１１からの交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を出力する。
【００３２】
インバータ部１９は、コンバータ部１５に接続されると共に、切替スイッチ２１を介してインバータ部１７に接続されており、コンバータ部１５からの直流電力あるいはインバータ部１７からの直流電力を交流電力に変換し、電気負荷５に供給する。
【００３３】
切替スイッチ２１は、インバータ部１７と、コンバータ部１５あるいはインバータ部１９とを接続する状態と非接続とする状態との２つの状態を切り替えるものである。これらの状態は、制御部２３からの出力信号に基づいて切り替えられる。
【００３４】
制御部２３は、データ回線終端装置（Data Circuit terminating Equipment：ＤＣＥ）等を介してインターネット網ＩＮに接続されており、図７に示されるように、予め設定された制御プログラムに従って各種演算処理を実行するＣＰＵ２４、制御プログラムや制御データ等を予め格納するＲＯＭ２５、各種演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ２６、インターネット網ＩＮを介した通信を制御する通信制御部２７、外部機器（インバータ部１７、切替スイッチ２１等）が接続されるインターフェース部（Ｉ／Ｆ部）２８等を有している。制御プログラムには、停電を検知する停電検知プログラム、インバータ部１７の制御プログラム、切替スイッチ２１の制御プログラム、インターネット網ＩＮを介して送信されてきた各種情報を受信処理するプログラム等が含まれている。また、制御部２３は、エネルギー蓄積装置１の作動状態等を示すための表示部２９（例えば、ディスプレイ等）や使用者がエネルギー蓄積装置１の操作を行うための操作部３０（例えば、マウスやキーボード等）を含んでいる。
【００３５】
制御部２３は、上記各種プログラムを実行することにより、機能的な構成要素として、図１に示されるように、情報受信部３１と、エネルギー蓄積制御部３３と、電力供給停止検出部３５とを備えて構成される。
【００３６】
情報受信部３１は、インターネット網ＩＮに接続可能であり、インターネット網ＩＮを介して送信される電力供給の停止を示唆する電力供給停止情報を受信する。情報受信部３１は、電力供給停止情報を受信すると、当該電力供給停止情報を受信した旨を示す受信情報を送出する。ここで、電力供給停止情報とは、電力会社から供給される停電の予告情報や、雷注意報、雷雲情報又は落雷情報等の気象情報といった、電力供給の停止を事前に予告するもの、あるいは、電力供給が停止する可能性が存在することを示唆するものである。
【００３７】
電力供給停止検出部３５は、商用電源３から供給される交流電力に基づいて、実際に電力供給が停止されたことを検出する。電力供給停止検出部３５は、実際に電力供給が停止されたことを検出すると、電力供給が停止された旨を示す停電情報を送出する。
【００３８】
エネルギー蓄積制御部３３は、情報受信部３１から送出された受信情報を受領し、電力供給の停止前に、フライホイール１３にて回転運動エネルギーを蓄積し始めるようにインバータ部１７及び切替スイッチ２１に制御信号を出力する。また、エネルギー蓄積制御部３３は、電力供給停止検出部３５から送出された停電情報を受領し、フライホイール１３にて蓄積された回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して供給するように、インバータ部１７及び切替スイッチ２１に制御信号を出力する。
【００３９】
続いて、図８を参照して、エネルギー蓄積装置１の動作について説明する。図８は、エネルギー蓄積装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【００４０】
まず、制御部２３において、情報受信部３１が電力供給停止情報を受信したか否かを判定する（Ｓ１０１）。情報受信部３１が電力供給停止情報を受信していない場合、制御部２３において、エネルギー蓄積制御部３３は、フライホイール稼動停止処理を実行する（Ｓ１０３）。フライホイール稼動停止処理は、インバータ部１７と、コンバータ部１５及びインバータ部１９とを非接続とするように切替スイッチ２１を切り替える処理と、交流発電電動機１１の駆動を中止してフライホイール１３の回転を停止させるようにインバータ部１７を制御する処理とを含んでいる。いずれの処理も、エネルギー蓄積制御部３３からの制御信号に基づいて、切替スイッチ２１及びインバータ部１７が作動することにより実行される。フライホイール稼動停止処理により、商用電源３からの交流電力がコンバータ部１５により直流電力に変換され、変換された直流電力がインバータ部１９に供給される。そして、インバータ部１９は、コンバータ部１５からの直流電力を交流電力に変換して、電気負荷５に供給する。
【００４１】
一方、情報受信部３１が電力供給停止情報を受信すると、制御部２３において、エネルギー蓄積制御部３３は、フライホイール稼動開始処理を実行する（Ｓ１０５）。フライホイール稼動開始処理は、インバータ部１７と、コンバータ部１５（インバータ部１９）とを接続するように切替スイッチ２１を切り替える処理と、交流発電電動機１１の駆動してフライホイール１３を回転させるようにインバータ部１７を制御する処理とを含んでいる。いずれの処理も、エネルギー蓄積制御部３３からの制御信号に基づいて、切替スイッチ２１及びインバータ部１７が作動することにより実行される。
【００４２】
フライホイール稼動開始処理により、商用電源３からの交流電力がコンバータ部１５により直流電力に変換され、変換された直流電力の一部は切替スイッチ２１を介してインバータ部１７にも供給され、一部はインバータ部１９に供給される。インバータ部１７は、コンバータ部１５からの直流電力を交流電力に変換するとともに、交流発電電動機１１を電動機として動作させ、フライホイール１３が所定の回転速度に達するように当該交流発電電動機１１の回転を制御する。これにより、商用電源３からの交流電力が有する電気エネルギーがフライホイール１３での回転運動エネルギーに変換されて、蓄積されていくこととなる。なお、インバータ部１９は、情報受信部３１が電力供給停止情報を受信していない場合と同様に、コンバータ部１５からの直流電力を交流電力に変換して、電気負荷５に供給する。
【００４３】
そして、制御部２３において、電力供給停止検出部３５が電力供給の停止を検出したか否かを判定する（Ｓ１０７）。電力供給停止検出部３５が電力供給の停止を検出すると、制御部２３において、エネルギー蓄積制御部３３は、フライホイール電力供給処理を実行する（Ｓ１０９）。フライホイール電力供給処理は、インバータ部１７と、インバータ部１９とを接続するように切替スイッチ２１を切り替える処理と、フライホイール１３の回転により交流発電電動機１１を駆動して交流発電電動機１１を発電機として動作させるようにインバータ部１７を制御する処理とを含んでいる。いずれの処理も、エネルギー蓄積制御部３３からの制御信号に基づいて、切替スイッチ２１及びインバータ部１７が作動することにより実行される。
【００４４】
フライホイール電力供給処理により、交流発電電動機１１は発電機として動作して、フライホイール１３に蓄積された回転運動エネルギーが電気エネルギーに変換され、変換された電気エネルギーが交流電力としてインバータ部１７に供給される。インバータ部１７は、交流発電電動機１１からの交流電力を直流電力に変換し、切替スイッチ２１を介してインバータ部１９に供給する。インバータ部１９は、インバータ部１７からの直流電力を交流電力に変換して、電気負荷５に供給する。なお、フライホイール１３は、その回転運動エネルギーが電気エネルギーに変換、回生されていくため、回転速度は低下していく。そこで、インバータ部１７は、エネルギー回生に伴う減速制御を行う。
【００４５】
その後、電力供給が再開されて復電すると（Ｓ１１１）、制御部２３において、エネルギー蓄積制御部３３は、フライホイール電力供給停止処理を実行する（Ｓ１１３）。なお、復電したか否かの判定は、電力供給停止検出部３５が実際に電力が供給された状態を検出することにより、行うことができる。
【００４６】
フライホイール電力供給停止処理は、インバータ部１７と、コンバータ部１５及びインバータ部１９とを非接続とするように切替スイッチ２１を切り替える処理と、交流発電電動機１１の駆動を中止してフライホイール１３の回転を停止させるようにインバータ部１７を制御する処理とを含んでいる。いずれの処理も、エネルギー蓄積制御部３３からの制御信号に基づいて、切替スイッチ２１及びインバータ部１７が作動することにより実行される。なお、必ずしもフライホイール１３の回転を停止させておく必要はなく、フライホイール１３の慣性により回転させておくようにしてもよい。
【００４７】
以上のように、本実施形態のエネルギー蓄積装置１では、フライホイール１３、交流発電電動機１１、制御部２３（情報受信部３１及びエネルギー蓄積制御部３３）等を有しているので、エネルギー蓄積制御部３３により、情報受信部３１にて電力供給停止情報が受信されると、フライホイール１３にて回転運動エネルギーが蓄積されるように交流発電電動機１１（フライホイール１３）の動作が電力供給の停止前に開始されることとなる。このため、フライホイール１３において回転運動エネルギーを常時蓄積しておく必要がなくなり、情報受信部３１にて電力供給停止情報が受信されてから回転運動エネルギーを蓄積するので、回転運動エネルギーを蓄積した状態に維持しておくために必要とされる電気エネルギーが極めて少なくてすみ、装置維持のためのランニングコストを低減することができる。
【００４８】
また、本実施形態のエネルギー蓄積装置１においては、エネルギー蓄積制御部３３は、情報受信部３１が電力供給停止情報を受信すると、電気エネルギーをフライホイール１３の回転運動エネルギーに変換して蓄積するように、交流発電電動機１１に交流電力を供給して当該交流発電電動機１１を電動機として動作させている。これにより、情報受信部３１にて電力供給停止情報が受信された際に、フライホイール１３に回転運動エネルギーを確実に蓄積することができる。
【００４９】
また、本実施形態のエネルギー蓄積装置１においては、制御部２３が電力供給停止検出部３５を有し、エネルギー蓄積制御部３３は、電力供給停止検出部３５が電力供給の停止を検出すると、フライホイール１３の回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して供給するように、交流発電電動機１１を発電機として動作させている。これにより、停電発生時に、フライホイール１３の回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、交流電力を電気負荷５に対して確実に供給することができる。
【００５０】
また、本実施形態のエネルギー蓄積装置１においては、フライホイール１３の外側には、フライホイール１３と同じ回転軸芯を持ち回転自在に支持され、フライホイール１３を覆う覆回転体１０２，１０３が設けられている。これにより、フライホイール１３と覆回転体１０２，１０３との間で相対速度が減少し、流体抵抗が低減され、風損が低減されることとなる。この結果、フライホイール１３における回転運動エネルギーの蓄積効率を高めることができる。
【００５１】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。本実施形態においては、交流発電電動機１１によりフライホイール１３を回転させてエネルギーを蓄積するようにしているが、エネルギー蓄積手段としては、これに限られるものではなく、例えば、内燃機関により駆動される発電機を用い、当該発電機により電気二重層コンデンサに電気エネルギーを蓄積するものであってもよい。
【００５２】
また、瞬断に対応するための鉛蓄電池を更に備えるようにしてもよい。この場合、鉛蓄電池は、瞬断に対応し得る必要最低限の容量を有していればよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、装置維持のためのランニングコストを低減することが可能なエネルギー蓄積装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るエネルギー蓄積装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本実施形態に係るエネルギー蓄積装置に含まれるフライホイール及び覆回転体の一部を破断した斜視図である。
【図３】本実施形態に係るエネルギー蓄積装置に含まれるフライホイール及び覆回転体の一部を破断した斜視図である。
【図４】流体の種類によるフライホイールの周速と圧力との関係を示したグラフである。
【図５】遠心力による内圧上昇を考慮しない場合、考慮した場合の、算出した周速または角速度を示すグラフである。
【図６】フライホイールの周速度と抵抗トルクの関係を、フライホイールのみ、覆回転体が１から５枚ある場合について示した図である。
【図７】本実施形態に係るエネルギー蓄積装置に含まれる制御部の構成を示すブロック図である。
【図８】本実施形態に係るエネルギー蓄積装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…エネルギー蓄積装置、３…商用電源、５…電気負荷、１１…交流発電電動機、１３…フライホイール、１５…コンバータ部、１７，１９…インバータ部、２１…切替スイッチ、２３…制御部、３１…情報受信部、３３…エネルギー蓄積制御部、３５…電力供給停止検出部、１０２，１０３…覆回転体、ＩＮ…インターネット網。
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギー蓄積装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のエネルギー蓄積装置として、例えば、電気エネルギーを蓄積する無停電電源装置（以下、ＵＰＳと称する）が広く知られている。このＵＰＳは、通電時に入力電圧（例えば１００Ｖ商用交流電圧）を降圧してバッテリを充電しておき、停電時に当該バッテリに充電された充電電圧を上記入力電圧に昇圧して出力する電源装置であり、電源の供給を停止することができない機器に接続して用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＵＰＳでは、一般にバッテリとして鉛蓄電池を用いており、この鉛蓄電池は、３〜４年で交換しなければならず、装置維持のためのランニングコストが高くなってしまう。このため、エネルギーを蓄積する手段として、鉛蓄電池の代わりにフライホイール等を用い、電気エネルギーではなく他のエネルギー（例えば、運動エネルギー）で蓄積しておくことも考えられるが、この場合においても、エネルギーを蓄積した状態に維持しておくためのエネルギーが新たに必要となり、ランニングコストを低減することは不可能である。例えば、フライホイールを用いる場合、常時フライホイールをモータにより回転させておく必要があり、モータを駆動するための電気エネルギーが必要となる。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、装置維持のためのランニングコストを低減することが可能なエネルギー蓄積装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエネルギー蓄積装置は、エネルギーを蓄積可能なエネルギー蓄積手段と、インターネット網に接続可能であり、インターネット網を介して送信される電力供給の停止を示唆する電力供給停止情報を受信する情報受信手段と、情報受信手段が電力供給停止情報を受信すると、電力供給の停止前に、エネルギー蓄積手段にてエネルギーを蓄積するように当該エネルギー蓄積手段の動作を開始させるエネルギー蓄積制御手段と、を有することを特徴としている。
【０００６】
本発明に係るエネルギー蓄積装置では、エネルギー蓄積手段と、情報受信手段と、エネルギー蓄積制御手段とを有しているので、エネルギー蓄積制御手段により、情報受信手段にて電力供給停止情報が受信されると、エネルギー蓄積手段にてエネルギーが蓄積されるように当該エネルギー蓄積手段の動作が電力供給の停止前に開始されることとなる。このため、エネルギー蓄積手段においてエネルギーを常時蓄積しておく必要がなくなり、情報受信手段にて電力供給停止情報が受信されてからエネルギーを蓄積するので、エネルギーを蓄積した状態に維持しておくためのエネルギーが少なくてすみ、装置維持のためのランニングコストを低減することができる。
【０００７】
また、エネルギー蓄積手段は、交流発電電動機と、交流発電電動機の回転軸に連結されるフライホイールと、を含み、エネルギー蓄積制御手段は、情報受信手段が電力供給停止情報を受信すると、電気エネルギーをフライホイールの回転運動エネルギーに変換して蓄積するように、交流発電電動機に電力を供給して当該交流発電電動機を電動機として動作させることが好ましい。このように構成した場合、情報受信手段にて電力供給停止情報が受信された際に、フライホイールに回転運動エネルギーを確実に蓄積することができる。
【０００８】
また、実際に電力供給が停止されたことを検出する電力供給停止検出手段を更に有し、エネルギー蓄積制御手段は、電力供給停止検出手段が電力供給の停止を検出すると、フライホイールの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して供給するように、交流発電電動機を発電機として動作させることが好ましい。このように構成した場合、停電発生時に、フライホイールの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、電力を確実に供給することができる。
【０００９】
また、エネルギー蓄積手段は、フライホイールの外側に同じ回転軸芯を持ち回転自在に支持され、フライホイールを覆う覆回転体を更に含むことが好ましい。このように構成した場合、フライホイールと覆回転体との間で相対速度が減少し、流体抵抗が低減され、風損が低減されることとなる。この結果、フライホイールにおける回転運動エネルギーの蓄積効率を高めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係るエネルギー蓄積装置について図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るエネルギー蓄積装置の構成を説明するためのブロック図である。エネルギー蓄積装置１は、商用電源３と各種電気機器等の電気負荷５との間に設けられ、図１に示されるように、交流発電電動機１１、フライホイール１３、コンバータ部１５、インバータ部１７，１９、切替スイッチ２１、制御部２３等を有している。
【００１２】
交流発電電動機１１は、モータ（電動機）及びジェネレータ（発電機）として機能するものであり、例えば三相交流発電電動機を用いることができる。
【００１３】
フライホイール１３は、交流発電電動機１１の回転軸に連結されており、交流発電電動機１１が電動機として機能する場合には、交流発電電動機１１から駆動力が与えられることにより回転する。一方、交流発電電動機１１が発電機として機能する場合には、フライホイール１３は、交流発電電動機１１の回転軸に駆動力を与える。
【００１４】
ここで、図２に基づいて、フライホイール１３の構成について説明する。図２はフライホイールの一部を破断した斜視図である。フライホイール１３は軸１０１を有しており、この軸１０１が交流発電電動機１１の回転軸に接続されることにより、交流発電電動機１１の回転軸に連結される。フライホイール１３は、当該フライホイール１３と同じ回転軸芯を持ち回転自在に支持される第１の覆回転体１０２で覆われている。この第１の覆回転体１０２は、薄板で形成されている。
【００１５】
第１の覆回転体１０２は、フライホイール１３と同じ回転軸芯を回転自在に支持される第２の覆回転体１０３で覆われている。この第２の覆回転体１０３は、第１の覆回転体１０２と同様に、薄板で形成されている。
【００１６】
第２の覆回転体１０３のさらに外側には、これらフライホイール１３、第１の覆回転体１０２および第２の覆回転体１０３を覆い、フライホイール１３の軸受部１０４，１０５が設けられた容器１０６が輩けられている。容器１０６は図示しない支持台に固定されている。第１の覆回転体１０２と第２の覆回転体１０３との間には、一対の軸受１０７，１０８が設けられ、第２の覆回転体１０３と容器１０６との間には、一対の軸受１０９，１１０が設けられている。
【００１７】
なお、第１の覆回転体１０２、第２の覆回転体１０３には、図３に示されるように、その平面上には開孔２０１、２０２を設けるようにしてもよい。この開孔２０１、２０２は貫通し、相互間で気体の移動が可能になっている。
【００１８】
また、図３においては、容器１０６には、ガス管１１３が取り付けられ、このガス管１１３から空気はもとより空気よりも質量の小さい気体、例えば水素やヘリウムなどを注入することができる。注入されると第１の覆回転体１０２や第２の覆回転体１０３には開孔２０１、２０２がそれぞれ設けられているため、水素を注入すればこれら開孔から水素が入り込み、装置全体を水素で置換することができる。また、回転体の速度を上げて外周のガス圧が高くなり、中心部の圧力が下がって中心近くの覆回転体は内側に変形し、逆に外周に近い部分では圧力が上がって外側に変形する可能性があるが、開孔を設けることにより、この圧力変動を減少でき、覆回転体が押しつぶされる現象を回避できる。
【００１９】
ここで、フライホイール１３を覆回転体１０２，１０３で覆うことにより、風損が減少する原理について説明する。フライホイール等、周速が高い回転体における単位面積当たりの流体抵抗Ｄは、流体の密度をρ、レイノルズ数や動粘性係数などで決定される係数をＡ、回転体の速度をＶとすると、
Ｄ＝（ρ／２）ＡＶ2 … （１）
で表されることが知られている。
【００２０】
よって、Ａが係数であるから、抵抗は、速度の二乗に比例していることが分かる。したがって、回転体全体が受ける抵抗は回転体の角速度の二乗に比例することが分かり、回転体が流体抵抗によって受けるトルクをＱ、流体の密度をρ、トルク係数Ｂ、回転体の角速度をωとすると、トルクＱは
Ｑ＝（ρ／２）Ｂω2 … （２）
で表される。
【００２１】
まず、覆回転体が１つ場合で考える。フライホイール１３と覆回転体の表面積がほぼ等しいとし、フライホイール１３の角速度ω1、覆回転体の角速度ω2が釣り合って回転しているとして、フライホイール１３と覆回転体１０２との間の流体抵抗によるトルクをＱ1、覆回転体１０２と覆回転体１０２の外側の流体との間の流体抵抗によるトルクをＱ2とすると、トルクＱ1及びＱ2は、
Ｑl＝（ρ／２）Ｂ（ω1一ω2）2 … （３）
Ｑ2＝（ρ／２）Ｂω2 2 … （４）
【００２２】
この両者は釣り合って回転しており、両者のトルクＱ1とＱ2は等しいため、Ｑ1＝Ｑ2の関係が成立し、上記Ｑ1とＱ2の式から、次の関係を導ける。
（ρ／２）Ｂ（ω1一ω2）2＝（ρ／２）Ｂω2 2 … （５）
この式を整理すると、ω2＝ω1／２が得られる。これは覆回転体１０２の角速度ω2がフライホイール１３の角速度ω1の１／２の速度で回転することを示す。
【００２３】
次に覆回転体が任意数ある場合について考える。覆回転体をｎ個設けたときに各覆回転体のトルクをＱ1、Ｑ2、Ｑ3、…、Ｑn-1、Ｑnとすると、それらは全て同じ値になり、それぞれの相対角速度はω1／（ｎ＋１）で等しくなる。さらに、フライホイール１３および覆回転体に接する流体の層の数は（ｎ＋１）層となるので、フライホイール１３を露出して回転させる場合の流体抵抗によるトルクをＱ0とすると、覆回転体をｎ個設けたときめ流体抵抗によるトルクＱnは、
Ｑn＝Ｑ0／（ｎ＋１）2 … （６）
となる。したがって、フライホイール１３が受ける抵抗は覆回転体が１個、２個、３個、…と増えるにしたがって１／４、１／９、１／１６、…のように減少する。
【００２４】
このように、フライホイール１３に覆回転体を多数設けるとフライホイール１３の流体抵抗が減少し、いわゆる風損を減少できることがわかる。実際には、覆回転体を多数設けると、フライホイール１３に接する流体層などは層全体が大きい角速度で回転することになって流体の質量による影響が無視できなくなる。
【００２５】
図４は、フライホイールや覆回転体の周速Ｖと、流体の回転による遠心力による圧力Ｐの関係をグラフに示したものであり、Ｐは図中に記載の式により得られる。この式において、周速をＶ、気体定数をＲ、絶対温度をＴ、大気圧をＰ0で示す。フライホイールや覆回転体の周速が極めて大きくなると、それら同士に挟まれる流体の回転による遠心力の影響が無視できなくなり、フライホイールまたは覆回転体の外周部分の圧力が増大するので、外周に近い部分の密封性を高くすることが望まれる。特に気体のように圧縮性流体の場合には、回転体の外周に基づくにしたがって流体の密度が高くなる。
【００２６】
図４のグラフから明らかなように、空気の場合には、フライホイールの周速を大きくすると、５００ｍ／ｓで４．４２気圧、１０００ｍ／ｓで３８２．２気圧と急激に圧力が上昇する。これに対し、水素は２０００ｍ／ｓでも計算値では、５．３４気圧となり、空気と比較して圧力上昇が極めて少ない。
【００２７】
このように、空気で周速を１５００ｍ／ｓにすることは現実的に不可能であるが、水素では空気の４倍の速度、２０００ｍ／ｓの周速にしても空気の１／４の速度の場合の圧力と大差ない。空気より密度が小さい水素やヘリウムで置換すると空気に比べ抵抗がはるかに小さく、より風損を減少できる。また、特に水素は熱伝導度が高いため、水素に置換することにより、従来技術では使用できなかった発熱を伴う部品も利用可能になる。
【００２８】
図５は、各回転体（フライホイール及び覆回転体）の周速について、流体の回転に伴う遠心力による内圧上昇を考慮しない場合と、考慮した場合とについて、算出した周速を示すグラフである。１枚目の覆回転体について内圧上昇を考慮した場合には、内圧上昇を考慮しない場合と比較して周速が上昇する。２枚目の覆回転体も同様に内圧上昇の影響を受けて周速が上昇するが、周速が１枚目の覆回転体よりも小さいため、内圧上昇に伴う回転数の上昇の割合は小さい。
【００２９】
図６は、フライホイールの周速度と抵抗トルクの関係を、フライホイールのみ、覆回転体が１から５枚ある場合について示した図である。フライホイールの外周に覆回転体が１枚設けられた場合には、フライホイールと１枚目の覆回転体の相対的回転数が小さくなる結果、フライホイールの風損による損失が低下することを示している。同様に、覆回転体が複数枚設けられた場合には、覆回転体と次の覆回転体との相対的回転数も小さくなるから、この現象による損失の低下が加わる。しかし、覆回転体の枚数が増加した場合、損失低下に寄与する割合は次第に小さくなる。覆回転体を増加する場合は、装置のコストが増加するから、損失低下のメリットを比較判断して設計する必要がある。
【００３０】
再び、図１を参照する。コンバータ部１５は、商用電源３に接続されており、当該商用電源３からの交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を出力する。
【００３１】
インバータ部１７は、切替スイッチ２１を介してコンバータ部１５に接続されており、交流発電電動機１１を電動機として動作させる際には、コンバータ部１５からの直流電力を交流電力に変換し、交流発電電動機１１に供給する。一方、インバータ部１７は、交流発電電動機１１を発電機として動作させる際には、交流発電電動機１１からの交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を出力する。
【００３２】
インバータ部１９は、コンバータ部１５に接続されると共に、切替スイッチ２１を介してインバータ部１７に接続されており、コンバータ部１５からの直流電力あるいはインバータ部１７からの直流電力を交流電力に変換し、電気負荷５に供給する。
【００３３】
切替スイッチ２１は、インバータ部１７と、コンバータ部１５あるいはインバータ部１９とを接続する状態と非接続とする状態との２つの状態を切り替えるものである。これらの状態は、制御部２３からの出力信号に基づいて切り替えられる。
【００３４】
制御部２３は、データ回線終端装置（Data Circuit terminating Equipment：ＤＣＥ）等を介してインターネット網ＩＮに接続されており、図７に示されるように、予め設定された制御プログラムに従って各種演算処理を実行するＣＰＵ２４、制御プログラムや制御データ等を予め格納するＲＯＭ２５、各種演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ２６、インターネット網ＩＮを介した通信を制御する通信制御部２７、外部機器（インバータ部１７、切替スイッチ２１等）が接続されるインターフェース部（Ｉ／Ｆ部）２８等を有している。制御プログラムには、停電を検知する停電検知プログラム、インバータ部１７の制御プログラム、切替スイッチ２１の制御プログラム、インターネット網ＩＮを介して送信されてきた各種情報を受信処理するプログラム等が含まれている。また、制御部２３は、エネルギー蓄積装置１の作動状態等を示すための表示部２９（例えば、ディスプレイ等）や使用者がエネルギー蓄積装置１の操作を行うための操作部３０（例えば、マウスやキーボード等）を含んでいる。
【００３５】
制御部２３は、上記各種プログラムを実行することにより、機能的な構成要素として、図１に示されるように、情報受信部３１と、エネルギー蓄積制御部３３と、電力供給停止検出部３５とを備えて構成される。
【００３６】
情報受信部３１は、インターネット網ＩＮに接続可能であり、インターネット網ＩＮを介して送信される電力供給の停止を示唆する電力供給停止情報を受信する。情報受信部３１は、電力供給停止情報を受信すると、当該電力供給停止情報を受信した旨を示す受信情報を送出する。ここで、電力供給停止情報とは、電力会社から供給される停電の予告情報や、雷注意報、雷雲情報又は落雷情報等の気象情報といった、電力供給の停止を事前に予告するもの、あるいは、電力供給が停止する可能性が存在することを示唆するものである。
【００３７】
電力供給停止検出部３５は、商用電源３から供給される交流電力に基づいて、実際に電力供給が停止されたことを検出する。電力供給停止検出部３５は、実際に電力供給が停止されたことを検出すると、電力供給が停止された旨を示す停電情報を送出する。
【００３８】
エネルギー蓄積制御部３３は、情報受信部３１から送出された受信情報を受領し、電力供給の停止前に、フライホイール１３にて回転運動エネルギーを蓄積し始めるようにインバータ部１７及び切替スイッチ２１に制御信号を出力する。また、エネルギー蓄積制御部３３は、電力供給停止検出部３５から送出された停電情報を受領し、フライホイール１３にて蓄積された回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して供給するように、インバータ部１７及び切替スイッチ２１に制御信号を出力する。
【００３９】
続いて、図８を参照して、エネルギー蓄積装置１の動作について説明する。図８は、エネルギー蓄積装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【００４０】
まず、制御部２３において、情報受信部３１が電力供給停止情報を受信したか否かを判定する（Ｓ１０１）。情報受信部３１が電力供給停止情報を受信していない場合、制御部２３において、エネルギー蓄積制御部３３は、フライホイール稼動停止処理を実行する（Ｓ１０３）。フライホイール稼動停止処理は、インバータ部１７と、コンバータ部１５及びインバータ部１９とを非接続とするように切替スイッチ２１を切り替える処理と、交流発電電動機１１の駆動を中止してフライホイール１３の回転を停止させるようにインバータ部１７を制御する処理とを含んでいる。いずれの処理も、エネルギー蓄積制御部３３からの制御信号に基づいて、切替スイッチ２１及びインバータ部１７が作動することにより実行される。フライホイール稼動停止処理により、商用電源３からの交流電力がコンバータ部１５により直流電力に変換され、変換された直流電力がインバータ部１９に供給される。そして、インバータ部１９は、コンバータ部１５からの直流電力を交流電力に変換して、電気負荷５に供給する。
【００４１】
一方、情報受信部３１が電力供給停止情報を受信すると、制御部２３において、エネルギー蓄積制御部３３は、フライホイール稼動開始処理を実行する（Ｓ１０５）。フライホイール稼動開始処理は、インバータ部１７と、コンバータ部１５（インバータ部１９）とを接続するように切替スイッチ２１を切り替える処理と、交流発電電動機１１の駆動してフライホイール１３を回転させるようにインバータ部１７を制御する処理とを含んでいる。いずれの処理も、エネルギー蓄積制御部３３からの制御信号に基づいて、切替スイッチ２１及びインバータ部１７が作動することにより実行される。
【００４２】
フライホイール稼動開始処理により、商用電源３からの交流電力がコンバータ部１５により直流電力に変換され、変換された直流電力の一部は切替スイッチ２１を介してインバータ部１７にも供給され、一部はインバータ部１９に供給される。インバータ部１７は、コンバータ部１５からの直流電力を交流電力に変換するとともに、交流発電電動機１１を電動機として動作させ、フライホイール１３が所定の回転速度に達するように当該交流発電電動機１１の回転を制御する。これにより、商用電源３からの交流電力が有する電気エネルギーがフライホイール１３での回転運動エネルギーに変換されて、蓄積されていくこととなる。なお、インバータ部１９は、情報受信部３１が電力供給停止情報を受信していない場合と同様に、コンバータ部１５からの直流電力を交流電力に変換して、電気負荷５に供給する。
【００４３】
そして、制御部２３において、電力供給停止検出部３５が電力供給の停止を検出したか否かを判定する（Ｓ１０７）。電力供給停止検出部３５が電力供給の停止を検出すると、制御部２３において、エネルギー蓄積制御部３３は、フライホイール電力供給処理を実行する（Ｓ１０９）。フライホイール電力供給処理は、インバータ部１７と、インバータ部１９とを接続するように切替スイッチ２１を切り替える処理と、フライホイール１３の回転により交流発電電動機１１を駆動して交流発電電動機１１を発電機として動作させるようにインバータ部１７を制御する処理とを含んでいる。いずれの処理も、エネルギー蓄積制御部３３からの制御信号に基づいて、切替スイッチ２１及びインバータ部１７が作動することにより実行される。
【００４４】
フライホイール電力供給処理により、交流発電電動機１１は発電機として動作して、フライホイール１３に蓄積された回転運動エネルギーが電気エネルギーに変換され、変換された電気エネルギーが交流電力としてインバータ部１７に供給される。インバータ部１７は、交流発電電動機１１からの交流電力を直流電力に変換し、切替スイッチ２１を介してインバータ部１９に供給する。インバータ部１９は、インバータ部１７からの直流電力を交流電力に変換して、電気負荷５に供給する。なお、フライホイール１３は、その回転運動エネルギーが電気エネルギーに変換、回生されていくため、回転速度は低下していく。そこで、インバータ部１７は、エネルギー回生に伴う減速制御を行う。
【００４５】
その後、電力供給が再開されて復電すると（Ｓ１１１）、制御部２３において、エネルギー蓄積制御部３３は、フライホイール電力供給停止処理を実行する（Ｓ１１３）。なお、復電したか否かの判定は、電力供給停止検出部３５が実際に電力が供給された状態を検出することにより、行うことができる。
【００４６】
フライホイール電力供給停止処理は、インバータ部１７と、コンバータ部１５及びインバータ部１９とを非接続とするように切替スイッチ２１を切り替える処理と、交流発電電動機１１の駆動を中止してフライホイール１３の回転を停止させるようにインバータ部１７を制御する処理とを含んでいる。いずれの処理も、エネルギー蓄積制御部３３からの制御信号に基づいて、切替スイッチ２１及びインバータ部１７が作動することにより実行される。なお、必ずしもフライホイール１３の回転を停止させておく必要はなく、フライホイール１３の慣性により回転させておくようにしてもよい。
【００４７】
以上のように、本実施形態のエネルギー蓄積装置１では、フライホイール１３、交流発電電動機１１、制御部２３（情報受信部３１及びエネルギー蓄積制御部３３）等を有しているので、エネルギー蓄積制御部３３により、情報受信部３１にて電力供給停止情報が受信されると、フライホイール１３にて回転運動エネルギーが蓄積されるように交流発電電動機１１（フライホイール１３）の動作が電力供給の停止前に開始されることとなる。このため、フライホイール１３において回転運動エネルギーを常時蓄積しておく必要がなくなり、情報受信部３１にて電力供給停止情報が受信されてから回転運動エネルギーを蓄積するので、回転運動エネルギーを蓄積した状態に維持しておくために必要とされる電気エネルギーが極めて少なくてすみ、装置維持のためのランニングコストを低減することができる。
【００４８】
また、本実施形態のエネルギー蓄積装置１においては、エネルギー蓄積制御部３３は、情報受信部３１が電力供給停止情報を受信すると、電気エネルギーをフライホイール１３の回転運動エネルギーに変換して蓄積するように、交流発電電動機１１に交流電力を供給して当該交流発電電動機１１を電動機として動作させている。これにより、情報受信部３１にて電力供給停止情報が受信された際に、フライホイール１３に回転運動エネルギーを確実に蓄積することができる。
【００４９】
また、本実施形態のエネルギー蓄積装置１においては、制御部２３が電力供給停止検出部３５を有し、エネルギー蓄積制御部３３は、電力供給停止検出部３５が電力供給の停止を検出すると、フライホイール１３の回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して供給するように、交流発電電動機１１を発電機として動作させている。これにより、停電発生時に、フライホイール１３の回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、交流電力を電気負荷５に対して確実に供給することができる。
【００５０】
また、本実施形態のエネルギー蓄積装置１においては、フライホイール１３の外側には、フライホイール１３と同じ回転軸芯を持ち回転自在に支持され、フライホイール１３を覆う覆回転体１０２，１０３が設けられている。これにより、フライホイール１３と覆回転体１０２，１０３との間で相対速度が減少し、流体抵抗が低減され、風損が低減されることとなる。この結果、フライホイール１３における回転運動エネルギーの蓄積効率を高めることができる。
【００５１】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。本実施形態においては、交流発電電動機１１によりフライホイール１３を回転させてエネルギーを蓄積するようにしているが、エネルギー蓄積手段としては、これに限られるものではなく、例えば、内燃機関により駆動される発電機を用い、当該発電機により電気二重層コンデンサに電気エネルギーを蓄積するものであってもよい。
【００５２】
また、瞬断に対応するための鉛蓄電池を更に備えるようにしてもよい。この場合、鉛蓄電池は、瞬断に対応し得る必要最低限の容量を有していればよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、装置維持のためのランニングコストを低減することが可能なエネルギー蓄積装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るエネルギー蓄積装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本実施形態に係るエネルギー蓄積装置に含まれるフライホイール及び覆回転体の一部を破断した斜視図である。
【図３】本実施形態に係るエネルギー蓄積装置に含まれるフライホイール及び覆回転体の一部を破断した斜視図である。
【図４】流体の種類によるフライホイールの周速と圧力との関係を示したグラフである。
【図５】遠心力による内圧上昇を考慮しない場合、考慮した場合の、算出した周速または角速度を示すグラフである。
【図６】フライホイールの周速度と抵抗トルクの関係を、フライホイールのみ、覆回転体が１から５枚ある場合について示した図である。
【図７】本実施形態に係るエネルギー蓄積装置に含まれる制御部の構成を示すブロック図である。
【図８】本実施形態に係るエネルギー蓄積装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…エネルギー蓄積装置、３…商用電源、５…電気負荷、１１…交流発電電動機、１３…フライホイール、１５…コンバータ部、１７，１９…インバータ部、２１…切替スイッチ、２３…制御部、３１…情報受信部、３３…エネルギー蓄積制御部、３５…電力供給停止検出部、１０２，１０３…覆回転体、ＩＮ…インターネット網。
Claims (4)
- エネルギーを蓄積可能なエネルギー蓄積手段と、
インターネット網に接続可能であり、前記インターネット網を介して送信される電力供給の停止を示唆する電力供給停止情報を受信する情報受信手段と、
前記情報受信手段が前記電力供給停止情報を受信すると、電力供給の停止前に、前記エネルギー蓄積手段にてエネルギーを蓄積するように当該エネルギー蓄積手段の動作を開始させるエネルギー蓄積制御手段と、を有することを特徴とするエネルギー蓄積装置。 - 前記エネルギー蓄積手段は、交流発電電動機と、前記交流発電電動機の回転軸に連結されるフライホイールと、を含み、
前記エネルギー蓄積制御手段は、前記情報受信手段が前記電力供給停止情報を受信すると、電気エネルギーを前記フライホイールの回転運動エネルギーに変換して蓄積するように、前記交流発電電動機に電力を供給して当該交流発電電動機を電動機として動作させることを特徴する請求項１に記載のエネルギー蓄積装置。 - 実際に電力供給が停止されたことを検出する電力供給停止検出手段を更に有し、
前記エネルギー蓄積制御手段は、前記電力供給停止検出手段が電力供給の停止を検出すると、前記フライホイールの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して供給するように、前記交流発電電動機を発電機として動作させることを特徴とする請求項２に記載のエネルギー蓄積装置。 - 前記エネルギー蓄積手段は、前記フライホイールの外側に同じ回転軸芯を持ち回転自在に支持され、前記フライホイールを覆う覆回転体を更に含むことを特徴とする請求項２に記載のエネルギー蓄積装置。
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