JP5339717B2 - 可搬式発電機 - Google Patents

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Description

本発明は、可搬式発電機に関し、詳しくは、負荷と離れた位置に設置されている可搬式発電機を効率よく制御することができる制御装置を備えた可搬式発電機に関する。
エンジンで発電機を駆動して発電する可搬式発電機は、工事現場での電源として多く用いられている。負荷変動が大きな工事現場では、工事期間中の最大負荷に対応した発電能力を有する大型の可搬式発電機を使用すると、使用電力の変化が大きいことや可搬式発電機の運搬上の観点から、通常は、中型あるいは小型の可搬式発電機を複数台設置して必要に応じて並列運転させるようにしている。
複数の可搬式発電機を並列運転する際には、2番目以降に起動する発電機の電圧、周波数、位相を、先に送電している発電機と合致させなければならないため、可搬式発電機には自動並列運転装置が組み込まれており、これらが合致したときに遮断器を投入して送電を開始するようにしている(例えば、特許文献1参照。)。このような自動並列運転装置を可搬式発電機に組み込むことにより、発電機の台数にかかわらず、短時間で全発電機を同期投入することができるため、負荷容量の制限を受けずに自由な容量の発電機を選定することができ、発電装置の構成の自由度を増すことが可能になる。
実公昭63−49079号公報
このように複数台の可搬式発電機を並列運転する場合、例えば、その日の作業中に予定される最大負荷に対応した台数の可搬式発電機を一日中連続運転したのでは、必要以上の発電機を駆動するためにエンジンの燃料費が嵩んでしまうという問題がある。このため、負荷の増減に対応して発電機の運転台数を調整することが行われているが、トンネル工事やダム工事のように、可搬式発電機を作業現場の近傍に設置することができない工事の場合は、作業中に可搬式発電機に設けられているコントロールパネルを操作して起動や停止を行うことが困難になる。
特に、トンネル工事においては、排気ガスの関係から可搬式発電機をトンネルの外部に設置しなければならないことから、負荷の増減に応じて可搬式発電機を起動させたり、停止させたりすることが困難であり、長大トンネルの工事では、掘削現場から可搬式発電機の設置場所まで数kmに達することもあることから、実質的に不可能であった。
一方、各種機器の制御を行うための操作盤を、機器本体に対して有線や無線にて接続し、各種制御を遠隔操作(リモートコントロール)することが広く行われており、例えば、自動車用エンジンを始動する安価な無線始動装置も一般に市販されている。しかし、一般的な遠隔操作は、有線接続の場合は数m乃至百m程度、無線通信の場合は見通しのよい場所で最長数百mであり、数km離れた機器の制御を行うものは極めてまれである。
さらに、遠隔操作を行うための電源として可搬式発電機に内蔵されているバッテリー(24V)を使用し、機器本体と操作盤とを汎用の通信用ケーブルで接続する場合は、ケーブルが長くなると電線抵抗による電圧降下でリレーなどの動作不良が発生するため、数百m、例えば400m程度が限界となる。このとき、太いケーブルを使用すれば数kmでの通信も可能とはなるが、ケーブルのコストが大幅に増大するだけでなく、太いケーブルを所定位置に設置するためのコストも大幅に増大してしまう。なお、適当な間隔で中継装置を設けることにより、細い通信ケーブルで通信距離を伸ばすことは可能であるが、装置コストの上昇を招くだけでなく、中継装置と通信用ケーブルとの接続点が多くなることによって通信障害が発生する危険が増大する。
また、1台の可搬式発電機を遠隔操作する場合は、単純にエンジンの始動及び停止を制御するだけでよいが、複数台の可搬式発電機を並列に接続して運転する場合は、後から起動した可搬式発電機の電圧、周波数、位相などを、先に運転中の可搬式発電機から負荷に供給されているものに合致させてから遮断器を投入して送電を開始しなければならないため、遠隔操作で操作盤から可搬式発電機に起動信号を発信しただけでは、その可搬式発電機が正常な並列運転を開始して電力供給状態となったか否かを知ることができない。
そこで本発明は、一般的な遠隔操作だけでなく、長大トンネルの工事のように、作業現場と可搬式発電機の設置場所とが離れている場合にも対応可能な可搬式発電機を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明の可搬式発電機は、起動及び停止を制御する制御装置を備えたエンジンで発電機を駆動する可搬式発電機において、該制御装置は、可搬式発電機の本体に設けられた制御回路と、該制御回路に設けられた制御信号入出力部と、該制御信号入出力部に接続された操作盤とを備えており、該操作盤は、可搬式発電機の起動及び停止を制御する起動停止スイッチと、可搬式発電機の運転時に表示される発電中表示灯とを備え、前記制御信号入出力部は、可搬式発電機が内蔵するバッテリーを駆動電源とする近距離有線通信と、前記バッテリーの電圧を昇圧手段により昇圧して駆動電源とする中距離有線通信とのいずれの通信も可能に構成され、前記操作盤は、前記制御信号入出力部と前記操作盤との距離に応じて、近距離有線通信か中距離有線通信かのいずれかを選択して前記制御信号入出力部と前記操作盤とが接続されることを特徴としている。
さらに、本発明の可搬式発電機は、前記制御信号入出力部及び前記操作盤に電源部を備えた無線通信手段をそれぞれ接続可能に構成し、前記制御信号入出力部と前記操作盤とは、前記無線通信手段を用いて無線通信する長距離無線通信と、前記近距離有線通信及び中距離有線通信のいずれかを選択して接続されることを特徴としている。また、前記可搬式発電機は、複数台が並列に接続されて同一の負荷に送電していることを特徴としている。
本発明の可搬式発電機によれば、通常の基礎工事などでは、可搬式発電機が内蔵するバッテリーの直流24Vを駆動電源とする近距離有線通信により、数百m程度離れた位置からでも可搬式発電機の起動、停止を制御することができ、簡単な装置構成によって低コストで実施することができる。作業現場と可搬式発電機との距離が拡がり、電圧降下によってバッテリーでは駆動困難となったときには、DC/ACインバータなどの昇圧手段を使用してバッテリーの直流24Vを交流100V程度に昇圧し、これを駆動電源とする中距離有線通信に変更することにより、数km程度離れた位置から可搬式発電機の起動、停止を制御することが可能となる。また、電源を交流100V程度とすることにより、一般的な商用電源用の設備や機器が使用可能となり、機器コストの上昇を抑えることができる。
そして、前記中距離有線通信によっても電圧降下により通信不能な状態になるような場合は、長距離通信が可能な無線通信手段を使用することにより、例えば3km以上離れた位置からでも可搬式発電機の起動、停止を制御することが可能となる。したがって、長大トンネルを掘削する場合は、掘削開始時からこの長距離無線通信による制御を採用することにより、可搬式発電機を効率よく制御することができ、高価な無線通信手段を使用したとしても、長い通信用ケーブルが不要となり、通信用ケーブルをトンネル壁面に固定したり、接続したりする必要がなくなるという利点がある。
図1乃至図3は本発明の可搬式発電機の一形態例を示すもので、図1は有線による近距離有線通信を行う状態を示す説明図、図2は有線による中距離有線通信を行う状態を示す説明図、図3は無線による長距離無線通信を行う状態を示す説明図、図4は可搬式発電機と操作盤との接続例を示す説明図、図5は3台の可搬式発電機による自動並列運転の一作動例を示す説明図、図6は可搬式発電機と操作盤との他の接続例を示す説明図である。
可搬式発電機11には、可搬式発電機11の起動及び停止を、可搬式発電機11の制御回路12に設けられた制御信号入出力部13に有線又は無線にて接続される操作盤14によって制御する制御装置が備えられている。
操作盤14には、可搬式発電機11の起動及び停止を制御するための起動停止スイッチとして、制御回路12の自動運転回路12aに対応した自動運転スイッチ15aと、制御回路12の強制運転回路12bに対応した強制運転スイッチ15bとが設けられるとともに、可搬式発電機11の遮断器(図示せず)が投入されて送電を開始したときにONとなる運転確認スイッチ12cがONとなったときに点灯する発電中表示灯15cと、制御回路12の非常停止回路12dに対応した非常停止スイッチ15dとが設けられている。
図1に示すように、可搬式発電機11と負荷16との距離、すなわち、制御回路12と操作盤14との距離が比較的近く、最大距離があらかじめ設定された第1の距離L1未満のときには、可搬式発電機11が内蔵するDC24Vのバッテリー17を通信用の電源とした近距離有線通信を行う。この場合、操作盤14には、作動電圧がDC24Vに対応した操作盤を使用し、操作盤14と制御信号入出力部13との間は、制御信号を送受信するための通信ケーブル18で有線接続される。
このとき、操作盤14からの信号で作動する制御回路12のリレーなどの一般的な機器における最低動作電圧を21.6V(24Vの−10%)、その抵抗値を205.5Ω、通信ケーブル18の抵抗を25.1Ω/kmとすると、通信ケーブル18の最大長は455mとなり、前記距離L1が約400mまでは、この近距離有線通信によって可搬式発電機11の起動及び停止を操作盤14から確実に制御できることがわかる。
図2に示すように、制御回路12と操作盤14との最大距離が前記第1の距離L1以上で、あらかじめ設定された第2の距離L2未満のときには、バッテリー17のDC24VをDC/ACインバータなどの昇圧手段19により、交流100V程度に昇圧し、これを通信用の電源として使用した中距離有線通信を行う。この場合、操作盤14には、作動電圧がAC100Vに対応した操作盤を使用し、操作盤14と制御信号入出力部13との間は、制御信号を送受信するための通信ケーブル18で有線接続される。
このとき、操作盤14からの信号で作動する制御回路12のリレーなどの一般的な機器における最低動作電圧を90.0V(100Vの−10%)、その抵抗値を860.4Ω、通信ケーブル18の抵抗を25.1Ω/kmとすると、通信ケーブル18の最大長は1900mとなり、前記距離L2が約1700mまでは、この中距離有線通信によって可搬式発電機11の起動及び停止を操作盤14から確実に制御できることがわかる。また、周波数が50〜60Hzで、電圧が90〜110V程度の交流を電源として利用することにより、操作盤14のスイッチやランプに一般の商用電源を使用する汎用機器を用いることができる。なお、昇圧手段19は、あらかじめ可搬式発電機11に組み込んでおいてもよく、別体に形成したものを必要に応じて組み付けるようにしてもよい。
また、図3に示すように、制御回路12と操作盤14との最大距離が前記第2の距離L2以上の距離L3にまで拡がるときには、前記制御信号入出力部13及び操作盤14に電源部21a,22aを備えた無線通信手段21,22をそれぞれ接続し、制御信号入出力部13と操作盤14との間の制御信号の送受信を前記無線通信手段21,22を用いて無線通信する長距離無線通信による接続で行う。なお、制御信号入出力部13側に接続する無線通信手段22は、バッテリー17を電源部22aとして用いることも可能であり、操作盤14と無線通信手段21とを一体化したものを用いることもできる。
両無線通信手段21,22には、スイッチの状態などを無線通信用の信号に変換するとともに、無線にて受信した信号をリレーなどの作動用の信号に変換するためのコントローラ21b,22bと、相互に無線通信を行うための無線送受信部21c,22cとが設けられている。前記各スイッチ15a,15b,15dの状態は、操作盤14側の無線通信手段21におけるコントローラ21bで無線通信用の信号に変換され、無線送受信部21cから制御信号入出力部13側の無線通信手段22に送信される。可搬式発電機11側の無線通信手段22における無線送受信部22cで受信したスイッチ15a,15b,15dの状態を示す信号は、コントローラ22bによって制御回路12のリレーを作動させるための信号に変換され、スイッチ15a,15b,15dの状態に応じて各回路12a,12b,12dが作動する。
同様に、制御回路12における運転確認スイッチ12cの状態は、制御信号入出力部13側のコントローラ22bによって無線通信用の信号に変換され、無線送受信部22cから操作盤14側の無線送受信部21cに送信され、コントローラ21bによって発電中表示灯15cを点灯又は消灯させる信号に変換される。点灯信号の場合には、電源部21aを電源として発電中表示灯15cが点灯する。
また、無線通信手段21,22による長距離無線通信を行う際には、通信距離や電波障害などの条件に応じて適当な位置にリピータを設置し、電波を増幅して中継することにより、前記距離L2を超える長距離通信が可能となる。
なお、前記近距離有線通信及び中距離有線通信の有線接続においてもリピータを設置して通信距離を延ばすことも可能であるが、通信ケーブルとリピータとの接続に手間が掛かるとともに、リピータとケーブルとの接続部で接触不良を生じるおそれがあり、特に、高温多湿雰囲気となるトンネル工事には不適当である。また、近距離又は中距離有線通信においても長距離無線通信を使用することが可能であるが、長距離無線通信用の機器が有線接続用の機器に比べて特殊で、極めて高価であることから、様々な用途に用いられる可搬式発電機11に常備することはコスト上問題があるため、可搬式発電機11側の無線通信手段22は、可搬式発電機11に内蔵せずに、必要に応じて接続できるように可搬式発電機11とは別体に形成しておくことが好ましい。
次に、操作盤14の使用手順の一例を、図4に示すように、3台の可搬式発電機11a,11b,11cを並列運転して同一の負荷に送電する場合について説明する。まず、予定される距離に応じて操作盤14を選択する。すなわち、可搬式発電機11からの最大距離が第1の距離L1未満のときには、近距離有線通信を行うためのDC24Vに対応した操作盤14を用意するとともに、これに対応した通信ケーブル18を用意する。また、可搬式発電機11からの最大距離が第2の距離L2未満のときには、中距離有線通信を行うためのAC100Vに対応した操作盤14及び通信ケーブル18を用意する。さらに、可搬式発電機11からの最大距離が第2の距離L2以上の距離L3になるときには、長距離無線通信を行うための無線通信手段21,22を用意する。
なお、最大距離が第1の距離L1以上で第2の距離L2未満のときには、工事開始から中距離有線通信用の機器を使用することがコストや作業性の面から好ましいが、距離L1までは近距離有線通信用の機器を使用し、距離L1以上になってから中距離有線通信用の機器に交換することもできる。同様に、距離L2以上のときには、工事開始から長距離無線通信を行うことが好ましいが、距離L1までは近距離有線通信、距離L2までは中距離有線通信、それ以上を長距離無線通信に切り換えることもできる。
まず、作業開始前に、3台の可搬式発電機11a,11b,11cに各コントロールパネルから起動順序を設定する。例えば、可搬式発電機11aの起動順序を「1」、可搬式発電機11bの起動順序を「2」、可搬式発電機11cの起動順序を「3」に設定する。そして、必要最小限の台数、例えば可搬式発電機11aの1台のみを起動する。この最初の起動操作は、各発電機11a,11b,11cに有線又は無線にて接続した操作盤14a,14b,14cを使用して行ってもよく、各可搬式発電機11a,11b,11cのコントロールパネルのスイッチを使用して行うようにしてもよい。
このとき、各操作盤14a,14b,14cの自動運転スイッチ15aを「入」に切り換えておくことにより、図5の説明図に示すように、負荷16の電力容量の増加に応じて、あらかじめ設定した起動電力量A1,A2にて2台目、3台目の可搬式発電機11b,11cが起動順序に従って自動的に起動し、各可搬式発電機11a,11b,11cからの送電量G1,G2,G3を平均化させて効率のよい送電を行う。また、電力容量が減少したときには、あらかじめ設定した停止電力量B1,B2にて3台目、2台目の可搬式発電機11c,11bが起動順序とは逆の順番で自動的に停止し、エンジンの燃料消費量を削減する。したがって、通常は、各操作盤14a,14b,14cの自動運転スイッチ15aを「入」にしておくことにより、必要十分な電力を作業中の負荷に供給することとが可能である。
一方、可搬式発電機11aの1台のみから電力を供給しているときに、作業手順から、大電力を必要とする新たな負荷を使用する際には、その負荷を使用する前に、2番目に起動する可搬式発電機11bに接続した操作盤14bの強制運転スイッチ15bを「入」に切り換えて2台目の可搬式発電機11bを、そのときの負荷容量に関係なく強制的に起動する。
操作盤14bからの起動信号を受けてエンジンを始動した可搬式発電機11bでは、自動並列運転装置が作動し、先に送電している可搬式発電機11aの電圧、周波数、位相と自機の電圧、周波数、位相とが合致したときに遮断器を投入して可搬式発電機11aとの並列運転状態に入る。同時に、可搬式発電機11bの前記運転確認スイッチ12cがONとなり、この信号が制御信号入出力部13から操作盤14bに伝達され、操作盤14bの発電中表示灯15cが点灯する。このようにして2台の操作盤14a,14bの発電中表示灯15cが両方とも点灯したことを確認してから新たな負荷の使用を開始することにより、新たな負荷の起動、運転を円滑かつ確実に行うことができる。また、3台目の可搬式発電機11cを強制起動した場合も、3個の発電中表示灯15cの点灯を確認してから新たな負荷を起動することにより、電力不足による障害を確実に防止できる。
一方、強制起動させた2台目、3台目の可搬式発電機11b,11cを運転中に、自動運転スイッチ15aを「入」にしたまま強制運転スイッチ15bを「切」に切り換えることにより、そのときの負荷の状況に応じて前記図5に示した自動並列運転状態となり、供給電力量が過剰の場合には3台目、2台目の順に可搬式発電機11b,11cが停止する。また、自動運転スイッチ15a及び強制運転スイッチ15bを共に「切」に切り換えることによって可搬式発電機を停止させることができる。さらに、何らかの原因で可搬式発電機を緊急停止させなければならないときは、操作盤14の非常停止スイッチ15dを操作することによって可搬式発電機を速やかに停止させることができる。いずれの場合においても、発電中表示灯15cの点灯又は消灯を確認することにより、各可搬式発電機11a,11b,11cの運転状態を知ることができるので、大小各種の負荷を使用した作業を円滑に進めることができる。
したがって、作業現場と可搬式発電機11の設置場所とが離れている場合でも、負荷の使用状況に合わせた台数の可搬式発電機11を作業現場で操作盤14を操作することによって起動又は停止させることができ、従来のように、作業時間中に必要以上の台数の可搬式発電機11を連続運転することがなくなるので、燃料消費量の削減を図ることができ、可搬式発電機11の保守や点検に要するコスト、消耗品のコストも削減できる。
例えば、定格無負荷での燃料消費量が毎時13.6リットルの可搬式発電機を4台設置し、1日8時間の作業中に4台すべてを運転する必要がある高負荷運転の時間が4時間、1台の運転で賄える低負荷運転の時間が4時間とした場合、従来のように作業時間中にすべての可搬式発電機を運転した場合には、13.6×8×4から1日の燃料消費量は合計で435.2リットルとなるが、低負荷運転のときに3台の可搬式発電機を停止させると、(13.6×8×1)+(13.6×4×3)から、1日の燃料消費量は合計で272.0リットルとなり、1日に163.2リットルの燃料を節約できることになる。燃料が1リットル当たり100円とすれば、1日で16320円の節約となり、トンネル工事やダム工事のように工期が長い場合、毎月の稼働日数が20日として1年間では約4百万円を節約できる勘定となる。
また、図6に示すように、複数台の可搬式発電機11a,11b,11cの制御を一つの操作盤31によって行うこともできる。この場合、操作盤31には、各可搬式発電機11a,11b,11cに対応した自動運転スイッチ32a〜32c、強制運転スイッチ33a〜33c及び発電中表示灯34a〜34cが設けられるが、可搬式発電機を緊急停止させるためのスイッチは、この操作盤31に接続したすべての可搬式発電機を停止させる一つの非常停止スイッチ35を設けるだけでよい。可搬式発電機11a,11b,11cの近傍には、制御信号入出力部13が送受信する信号を合流、分配するための中継ボックス36が設けられており、長距離無線通信を行う際には、この中継ボックス36に前述のような無線通信手段を接続することができる。
さらに、1台の可搬式発電機11が特定の負荷に送電している場合は、その負荷を起動する前に、対応する操作盤14を操作してその負荷に送電する可搬式発電機11を起動し、該操作盤14の発電中表示灯15cが点灯したのを確認してからその負荷を起動するように用いることもできる。例えば、数時間に1回のみしか使用しない負荷の起動、運転に合わせて、その負荷の近傍で対応する可搬式発電機11を起動、停止させることができ、該可搬式発電機11の燃料消費を抑えることができる。
有線による近距離有線通信を行う状態を示す説明図である。 有線による中距離有線通信を行う状態を示す説明図である。 無線による長距離無線通信を行う状態を示す説明図である。 可搬式発電機と操作盤との接続例を示す説明図である。 3台の可搬式発電機による自動並列運転の一作動例を示す説明図である。 可搬式発電機と操作盤との他の接続例を示す説明図である。
符号の説明
11,11a,11b,11c…可搬式発電機、12…制御回路、12a…自動運転回路、12b…強制運転回路、12c…運転確認スイッチ、12d…非常停止回路、13…制御信号入出力部、14,14a,14b,14c…操作盤、15a…自動運転スイッチ、15b…強制運転スイッチ、15c…発電中表示灯、15d…非常停止スイッチ、16…負荷、17…バッテリー、18…通信ケーブル、19…昇圧手段、21,22…無線通信手段、21a,22a…電源部、21b,22b…コントローラ、21c,22c…無線送受信部、31…操作盤、32a〜32c…自動運転スイッチ、33a〜33c…強制運転スイッチ、34a〜34c…発電中表示灯、35…非常停止スイッチ、36…中継ボックス

Claims (3)

  1. 起動及び停止を制御する制御装置を備えたエンジンで発電機を駆動する可搬式発電機において、
    該制御装置は、可搬式発電機の本体に設けられた制御回路と、該制御回路に設けられた制御信号入出力部と、該制御信号入出力部に接続された操作盤とを備えており、
    該操作盤は、可搬式発電機の起動及び停止を制御する起動停止スイッチと、可搬式発電機の運転時に表示される発電中表示灯とを備え、
    前記制御信号入出力部は、可搬式発電機が内蔵するバッテリーを駆動電源とする近距離有線通信と、前記バッテリーの電圧を昇圧手段により昇圧して駆動電源とする中距離有線通信とのいずれの通信も可能に構成され、
    前記操作盤は、前記制御信号入出力部と前記操作盤との距離に応じて、近距離有線通信か中距離有線通信かのいずれかを選択して前記制御信号入出力部と前記操作盤とが接続されることを特徴とする可搬式発電機。
  2. 前記制御信号入出力部及び前記操作盤に電源部を備えた無線通信手段をそれぞれ接続可能に構成し、前記制御信号入出力部と前記操作盤とは、前記無線通信手段を用いて無線通信する長距離無線通信と、前記近距離有線通信及び中距離有線通信のいずれかを選択して接続されることを特徴とする請求項1記載の可搬式発電機。
  3. 前記可搬式発電機は、複数台が並列に接続されて同一の負荷に送電していることを特徴とする請求項1又は2記載の可搬式発電機。
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