JP7122991B2

JP7122991B2 - 発電装置

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Publication number: JP7122991B2
Application number: JP2019050952A
Authority: JP
Inventors: 達也工藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2022-08-22
Anticipated expiration: 2039-03-19
Also published as: JP2020156169A

Description

本発明は、発電装置に関する。

特許文献１に開示されているように、主原動機としてのエンジンと、補助原動機としての蒸気タービンと、エンジン又は蒸気タービンによって駆動される発電機とを備える発電装置が知られている。この発電装置では、蒸気タービンを駆動する蒸気の圧力が予め定めた閾値より小さい期間は、エンジンが発電機を駆動する。一方、蒸気の圧力が閾値以上である期間には、蒸気タービンが発電機を駆動する。

特許文献２に開示されているように、主原動機としての内燃機関と、補助原動機としての誘導機と、内燃機関と誘導機との少なくとも一方によって駆動される発電機とを備える発電装置も知られている。この発電装置では、内燃機関が発電機を駆動している期間に、その内燃機関をアシストする態様で、誘導機の駆動力が発電機に伝達され得る。

特開平１１－２８５２９８号公報特開平０８－３７８００号公報

特許文献１に係る発電装置では、エンジンが発電機を駆動している期間は、たとえエンジンをアシストすることができる程度の圧力を蒸気が有していても、その蒸気が発電機における発電に活用されない。このため、主原動機としてのエンジンの燃料を節約することに関し、改善の余地がある。

特許文献２に係る発電装置によれば、誘導機が発電機に与える駆動力の分だけ、内燃機関が生成するべき駆動力が低減する。しかし、内燃機関、発電機、及び誘導機の３者が機械的に結合されている状態で、誘導機にて充分な駆動力が得られない場合は、内燃機関が発電機のみならず誘導機にも駆動力を与える事態が生じ得る。この場合、主原動機である内燃機関にとって、誘導機の存在が負担となり、主原動機が燃料を浪費する。

本発明の目的は、主原動機の燃料を節約することができる発電装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る発電装置は、
回転トルクが伝達されることにより回転する回転軸を有し、前記回転軸の回転によって電力を生成し、生成した前記電力を負荷に供給する発電機と、
燃料を消費して作動することにより、前記回転トルクを生成する主原動機と、
前記主原動機によって生成された前記回転トルクである主原動機回転トルクを前記回転軸に伝達する連結状態と、前記主原動機と前記回転軸とを切り離す非連結状態とに切り換わる構成を有する主動力伝達機構と、
外部のエネルギー供給源から供給されたエネルギーを消費して作動することにより、前記回転トルクを生成する補助原動機と、
前記補助原動機によって生成された前記回転トルクである補助原動機回転トルクを前記回転軸に伝達する補助動力伝達機構と、
前記エネルギー供給源から前記補助原動機に供給される前記エネルギーの大きさに依存する物理量に基づいて、
（Ｉ）前記主原動機による前記燃料の消費を停止させ、かつ前記補助原動機を作動させている補助発電状態であって、前記補助原動機から前記補助動力伝達機構を介して前記補助原動機回転トルクが前記回転軸に伝達され、かつ前記回転軸から前記主原動機への前記補助原動機回転トルクの伝達が、前記非連結状態の前記主動力伝達機構によって遮断される補助発電状態と、
（ＩＩ）前記主原動機と前記補助原動機の双方を作動させている協働発電状態であって、前記主原動機から前記連結状態の前記主動力伝達機構を介して前記主原動機回転トルクが伝達されて回転している前記回転軸に対し、前記補助原動機が生成した前記補助原動機回転トルクが、前記補助動力伝達機構を介してさらに伝達される協働発電状態と、
の切り替えを行う制御装置と、
を備え、
前記補助動力伝達機構は、前記協働発電状態において、前記補助原動機が生成する前記補助原動機回転トルクの低減によって、前記主原動機から、前記連結状態の前記主動力伝達機構、前記回転軸、及び前記補助動力伝達機構を介して、前記補助原動機回転トルクと同じ向きの前記主原動機回転トルクが前記補助原動機に伝達されようとするときは、前記回転軸から前記補助原動機への前記主原動機回転トルクの伝達を自ずと遮断する構成を有する。

上記構成によれば、協働発電状態において、主原動機から主動力伝達機構を介して回転トルクが伝達されて回転している回転軸に対し、補助原動機が生成した回転トルクが、補助動力伝達機構を介してさらに伝達される。これにより、主原動機が補助原動機によってアシストされ得、主原動機が生成すべき回転トルクが低減し得るので、主原動機の燃料を節約することができる。

仮に、協働発電状態において、補助原動機が生成する回転トルクが、主原動機をアシストできない程度に低減したとしても、回転軸から補助原動機への、回転トルクと同じ向きのトルクの伝達が、補助動力伝達機構によって遮断される。このため、主原動機が回転軸を介して補助原動機にトルクを伝達する事態、即ち、補助原動機の存在が主原動機にとって負担となる事態が生じにくい。従って、主原動機による燃料の浪費を抑制できる。このことは、燃料の節約に寄与する。

また、補助発電状態においては、主原動機による燃料の消費が停止するので、燃料を節約できる。また、回転軸から主原動機への、回転トルクと同じ向きのトルクの伝達が主動力伝達機構によって遮断されるため、補助発電状態において、補助原動機が回転軸を介して主原動機にトルクを伝達する事態が生じにくい。従って、エネルギー供給源から供給されたエネルギーの浪費を抑制できる。このことは、主原動機が燃料の消費を停止する期間の延長をもたらし、主原動機の燃料を節約することに寄与する。

以上のように、本発明によれば、主原動機の燃料を節約することができる。

実施形態１に係る発電装置の構成を示す概念図実施形態１に係る切り換え制御のフローチャート実施形態２に係る発電装置の構成を示す概念図実施形態３に係る制御装置の機能を示すブロック図実施形態３に係る切り換え制御のフローチャート実施形態４に係る発電装置の構成を示す概念図

以下、図面を参照し、実施形態１－４に係る発電装置について説明する。図中、同一又は対応する部分に同一の符号を付す。

［実施形態１］
図１に示すように、本実施形態に係る発電装置２００は、図示せぬ商用電源に停電が発生したことを検知する停電検知部１００を備える。停電検知部１００は、商用電源の電圧が予め定められた基準電圧よりも低下したことをもって、商用電源の停電を検知する。

なお、本明細書において“停電”とは、商用電源によって供給可能な電力がゼロになることのみならず、商用電源から供給される電力が不足したり、不安定になったりすることも含む概念とする。

また、停電検知部１００は、商用電源が停電した場合において、その停電が復旧したことも検知する。停電検知部１００は、商用電源の電圧が予め定められた基準電圧以上に安定したことをもって、商用電源の復旧を検知する。

また、発電装置２００は、停電検知部１００によって商用電源の停電が検知された場合に電力を生成する発電機１０を備える。発電機１０は、回転トルクＴＱが伝達されることにより回転する回転軸１１を有し、回転軸１１の回転によって電磁誘導を起こす。そして、発電機１０は、電磁誘導によって生成された電力を、商用電源に代わって、負荷ＬＤに供給する。

発電機１０は、具体的には、三相交流同期発電機によって構成されている。発電機１０から負荷ＬＤに供給される電力は、三相交流電力である。また、負荷ＬＤとは、例えば、ビル、工場、病院、家屋等に設置された電気機器を指す。

また、発電装置２００は、発電機１０の回転軸１１を回転させる回転トルクＴＱを生成する主原動機２０を備える。主原動機２０は、自己が生成した回転トルクＴＱを出力する主原動機出力軸２１を有する。主原動機出力軸２１は、発電機１０の回転軸１１の一端を延長させた仮想直線上に延在している。

主原動機２０は、燃料ＦＬを備蓄する燃料タンク２２を有し、備蓄された燃料ＦＬを消費して作動する。主原動機２０は、内燃機関、具体的には、ディーゼルエンジンによって構成されている。燃料ＦＬは、例えば、重油、軽油、ガソリン等の石油系液体燃料である。

また、発電装置２００は、発電機１０の回転軸１１の一端に配置された主動力伝達機構３０を備える。主動力伝達機構３０は、外部からの制御を受けて、主原動機出力軸２１と回転軸１１とを連結する連結状態と、主原動機出力軸２１と回転軸１１とを切り離す非連結状態とに切り換わる構成を有する。

主動力伝達機構３０は、連結状態のときに、主原動機２０によって生成されて主原動機出力軸２１を通じて出力された回転トルクＴＱを回転軸１１に伝達する一方、非連結状態のときには、回転軸１１から主原動機出力軸２１への、回転トルクＴＱと同じ向きのトルクの伝達を遮断する。

また、発電装置２００は、主原動機２０とは独立して、発電機１０の回転軸１１を回転させる回転トルクＴＱを生成する補助原動機４０を備える。補助原動機４０は、自己が生成した回転トルクＴＱを出力する補助原動機出力軸４１を有する。補助原動機出力軸４１は、発電機１０の回転軸１１の他端を延長させた仮想直線上に延在している。

補助原動機４０は、外部のエネルギー供給源としての太陽光発電装置ＳＧから供給された電気エネルギーを消費して作動する。具体的には、太陽光発電装置ＳＧは、太陽電池を用いて太陽光を直流の電気エネルギーに変換し、その直流の電気エネルギーを出力する。補助原動機４０は、その直流の電気エネルギーを消費して作動する直流電動機によって構成されている。

また、発電装置２００は、補助原動機４０を制御する補助原動機制御器５０を備える。補助原動機制御器５０は、補助原動機出力軸４１の回転数を予め定められた一定値に近づける制御を行う。

また、発電装置２００は、補助原動機出力軸４１の回転数を検出する回転数検出器６０を備える。なお、補助原動機出力軸４１の回転数は、太陽光発電装置ＳＧから補助原動機４０に供給される電気エネルギーの大きさに依存する物理量の一例である。

また、発電装置２００は、太陽光発電装置ＳＧから補助原動機４０に至る送電経路に配置された補助原動機用スイッチ７０を備える。補助原動機用スイッチ７０は、太陽光発電装置ＳＧと補助原動機４０とを電気的に接続するＯＮ状態と、太陽光発電装置ＳＧと補助原動機４０とを電気的に断絶するＯＦＦ状態とに切り換え可能である。

また、発電装置２００は、発電機１０の回転軸２１の他端に配置された補助動力伝達機構８０を備える。補助動力伝達機構８０は、補助原動機出力軸４１と回転軸１１とを連結する連結状態と、補助原動機出力軸４１と回転軸１１とを切り離す非連結状態とに自ずと切り換わるワンウェイクラッチによって構成されている。

補助動力伝達機構８０は、連結状態のときに、補助原動機４０によって生成されて補助原動機出力軸４１を通じて出力された回転トルクＴＱを、回転軸１１に伝達する。

一方、補助動力伝達機構８０は、回転軸１１から補助原動機出力軸４１に、回転トルクＴＱと同じ向きのトルクが伝達されようとするときには、自ずと非連結状態に切り換わり、回転軸１１から補助原動機出力軸４１への、回転トルクＴＱと同じ向きのトルクの伝達を遮断する。

また、発電装置２００は、発電機１０、主原動機２０、主動力伝達機構３０、及び補助原動機用スイッチ７０を制御する制御装置９０を備える。制御装置９０は、主原動機２０と補助原動機４０のうち補助原動機４０のみが発電機１０に回転トルクＴＱを伝達する補助発電状態と、主原動機２０と補助原動機４０の双方が発電機１０に回転トルクＴＱを伝達する協働発電状態との切り換えを行う切り換え制御を遂行する。

具体的には、制御装置９０は、切り換え制御において、まず負荷ＬＤに供給する電力の生成が、補助原動機４０が生成した回転トルクＴＱによる回転軸１１の回転によって賄えるか否かを、回転数検出器６０の検出結果を用いて判定する。そして、制御装置９０は、電力の生成が賄えると判定した場合は、補助発電状態に制御する一方、電力の生成が賄えないと判定した場合には、協働発電状態に制御する。

制御装置９０は、切り換え制御の手順を規定した制御プログラム９１を記憶している。以下、制御装置９０が制御プログラム９１を実行することにより実現される切り換え制御について具体的に説明する。

図２に示すように、まず、制御装置９０は、停電検知部１００によって、商用電源の停電が検知されたか否かを判定する（ステップＳ１１）。制御装置９０は、商用電源の停電が検知されていない場合は（ステップＳ１１；ＮＯ）、発電機１０にて発電を行う必要がないので、再びステップＳ１１に戻る。

一方、制御装置９０は、停電検知部１００によって停電が検知された場合は（ステップＳ１１；ＹＥＳ）、補助原動機用スイッチ７０をＯＮ状態に切り換える（ステップＳ１２）。これにより、太陽光発電装置ＳＧにおいて電気エネルギーが生成されている場合は、その電気エネルギーが補助原動機制御器５０を通じて補助原動機４０に与えられ、補助原動機４０がその電気エネルギーを消費することで作動し、補助原動機出力軸４１が回転する。

次に、制御装置９０は、回転数検出器６０から補助原動機出力軸４１の回転数を表す検出結果を取得し、補助原動機出力軸４１の回転数が、負荷ＬＤへの給電を賄えることを表す予め定められた閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。このステップＳ１３は、負荷ＬＤに供給する電力の生成が、補助原動機４０が生成した回転トルクＴＱによる回転軸１１の回転によって賄えるか否かを判定する判定ステップの一例である。

つまり、補助原動機出力軸４１の回転数が閾値以上である場合は（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、負荷ＬＤに供給する電力の生成が、補助原動機４０が生成した回転トルクＴＱによる回転軸１１の回転によって賄える。

そこで、この場合、制御装置９０は、主原動機２０における燃料ＦＬの消費を節約するために、仮にいま主原動機２０が作動しているならば、主動力伝達機構３０を非連結状態に切り換え、かつ主原動機２０を停止させる（ステップＳ１４）。これにより、主原動機２０による燃料ＦＬの消費が停止するので、燃料ＦＬを節約できる。このステップＳ１４は、主原動機による燃料ＦＬの消費を停止させる一方、補助原動機４０を作動させる補助発電ステップの一例である。

なお、制御装置９０は、補助原動機４０が生成した回転トルクＴＱによる回転軸１１の回転によって、発電機１０において負荷ＬＤに供給するのに充分な電力が生成され次第、発電機１０に負荷ＬＤへの給電を開始させる。

補助原動機４０が回転軸１１を回転させている際、回転軸１１から主原動機出力軸２１への、回転トルクＴＱと同じ向きのトルクの伝達が主動力伝達機構３０によって遮断される。このため、補助原動機４０が回転軸１１を介して主原動機回転軸２１にトルクを伝達する事態が回避される。従って、補助原動機４０による、太陽光発電装置ＳＧから供給された電気エネルギーの浪費を抑制できる。このことは、主原動機２０が燃料ＦＬの消費を停止する期間の延長をもたらし、燃料ＦＬを節約することに寄与する。

一方、補助原動機出力軸４１の回転数が閾値未満である場合は（ステップＳ１３；ＮＯ）、負荷ＬＤに供給する電力の生成が、補助原動機４０が生成した回転トルクＴＱによる回転軸１１の回転では賄えない。

そこで、この場合、制御装置９０は、負荷ＬＤに供給するのに充分な電力を発電機１０に生成させるために、仮にいま主原動機２０が燃料ＦＬを消費しておらず停止しているならば、主原動機２０を起動させ、かつ主動力伝達機構３０を連結状態に切り換える（ステップＳ１５）。このステップＳ１５は、主原動機２０と補助原動機４０との双方を作動させる協働発電ステップの一例である。

なお、制御装置９０は、主原動機２０と補助原動機４０とが生成した回転トルクＴＱによる回転軸１１の回転によって、発電機１０において負荷ＬＤに供給するのに充分な電力が生成され次第、発電機１０に負荷ＬＤへの給電を開始させる。

主原動機２０と補助原動機４０との双方が作動している際、主原動機２０から主動力伝達機構３０を介して回転トルクＴＱが伝達されて回転している回転軸１１に対し、補助原動機４０が生成した回転トルクＴＱが、補助動力伝達機構８０を介してさらに伝達される。これにより、主原動機２０が補助原動機４０によってアシストされ得、主原動機２０が生成すべき回転トルクＴＱが低減し得るので、主原動機２０の燃料ＦＬを節約できる。

仮に、補助原動機４０が生成する回転トルクＴＱが、主原動機２０をアシストできない程度に低減したとしても、回転軸１１から補助原動機出力軸４１への、回転トルクＴＱと同じ向きのトルクの伝達が、補助動力伝達機構８０によって遮断される。このため、主原動機２０が回転軸を１１を介して補助原動機４０にトルクを伝達する事態、即ち、補助原動機４０の存在が主原動機２０にとって負担となる事態が生じにくい。従って、主原動機２０による燃料ＦＬの浪費を抑制できる。このことは、燃料ＦＬの節約に寄与する。

次に、制御装置９０は、ステップＳ１４又はステップＳ１５の後、停電検知部１００によって、商用電源の停電からの復旧が検知されたか否かを判定する（ステップＳ１６）。制御装置９０は、停電の復旧が検知されていない場合は（ステップＳ１６；ＮＯ）、再びステップＳ１３に戻る。

一方、制御装置９０は、停電の復旧が検知された場合（ステップＳ１６；ＹＥＳ）、仮にいま主原動機２０が作動しているならば、主動力伝達機構３０を非連結状態に切り換え、かつ主原動機２０を停止させる（ステップＳ１７）。

次に、制御装置９０は、補助原動機用スイッチ７０をＯＦＦ状態に切り換え（ステップＳ１８）、再びステップＳ１１に戻る。

以上説明したように、本実施形態によれば、回転軸１１から補助原動機出力軸４１への、回転トルクＴＱと同じ向きのトルクの伝達が、補助動力伝達機構８０によって遮断される。従って、主原動機２０と補助原動機４０との双方が作動している場合に、補助原動機４０の存在が主原動機２０にとって負担となる事態が生じにくい。このため、主原動機２０による燃料ＦＬの浪費を抑制できる。

また、回転軸１１から主原動機出力軸２１への、回転トルクＴＱと同じ向きのトルクの伝達が、主動力伝達機構３０によって遮断される。従って、補助原動機４０が回転軸１１を回転させている場合に、主原動機２０の存在が補助原動機４０にとって負担となる事態が生じにくい。このため、補助原動機４０による、太陽光発電装置ＳＧから供給された電気エネルギーの浪費を抑制できる。このことは、主原動機２０が燃料ＦＬの消費を停止する期間の延長をもたらし、燃料ＦＬの節約に寄与する。

また、補助原動機４０が、太陽光発電装置ＳＧから供給される直流の電気エネルギーを、発電機１０の回転軸１１を回転させる運動エネルギーに変換する。このため、太陽光発電装置ＳＧから供給される電気エネルギーが直流であり、負荷ＬＤに供給すべき電力が交流であるにも関わらず、太陽光発電装置ＳＧから供給される直流の電気エネルギーを交流に変換する電気回路が不要である。つまり、直流を交流に変換する電気回路を使用することなく、太陽光を負荷ＬＤへの給電に活用できる。

［実施形態２］
上記実施形態１に係る構成において、太陽光発電装置ＳＧから補助原動機４０に至る送電経路上に、太陽光発電装置ＳＧから出力される電気エネルギーを蓄える蓄電器を配置してもよい。その場合、補助原動機４０は、蓄電器から電気エネルギーを得て作動する。以下、その具体例について説明する。

図３に示すように、本実施形態に係る発電装置２００は、太陽光発電装置ＳＧから補助原動機４０に至る送電経路上に配置された二次電池１１０及びキャパシタ１２０と、二次電池１１０の充放電を制御するパワーコンディショナー１３０とをさらに備える。

二次電池１１０及びキャパシタ１２０は、それぞれ太陽光発電装置ＳＧから出力される電気エネルギーを蓄える蓄電器の一例である。二次電池１１０は、例えば、鉛二次電池、リチウムイオン二次電池、又はニッケル水素二次電池によって構成される。キャパシタ１２０は、電気二重層キャパシタによって構成される。

パワーコンディショナー１３０は、太陽光発電装置ＳＧから出力される直流の電気エネルギーを二次電池１１０に蓄えさせる。また、パワーコンディショナー１３０は、制御装置９０からの制御を受けて、二次電池１１０に蓄えられている電気エネルギーを交流に変換して出力する。

パワーコンディショナー１３０によって出力された交流の電気エネルギーは、キャパシタ１２０及び補助原動機制御器５０を通して、補助原動機４０に与えられる。本実施形態では、補助原動機４０は、交流の電気エネルギーを消費して作動する交流電動機である。他の構成は、実施形態１の構成と同じであるため、重複する説明は省略する。

本実施形態によれば、商用電源に停電が発生していない期間に、太陽光発電装置ＳＧで生成された直流の電気エネルギーが、二次電池１１０に蓄えられる。また、本実施形態では制御装置９０は、図２のステップＳ１２において、パワーコンディショナー１３０に、二次電池１１０に蓄えられている電気エネルギーを交流に変換して出力させる。これにより、補助原動機４０が作動する。

このため、商用電源に停電が発生している期間に、充分な強度の太陽光が得られない場合であっても、予め二次電池１１０に蓄えておいた電気エネルギーを、発電機１０における発電に活用することができる。このため、実施形態１の場合よりも、主原動機２０を起動させる回数を減らすことができ、燃料ＦＬを一層節約することができる。

また、パワーコンディショナー１３０から補助原動機４０に至る送電経路上にキャパシタ１２０が配置されているので、補助原動機４０で消費する電気エネルギーの量が急激に変動したとしても、その変動が、キャパシタ１２０に蓄えられている電荷の変動によって吸収される。このため、負荷ＬＤにおける電力の需要が急増した場合に、その需要の急増に追随させて、発電機１０から負荷ＬＤに出力する電力を増大させることができる。

［実施形態３］
上記実施形態１及び２において、制御装置９０は、主原動機２０と補助原動機４０の双方が作動している協働発電状態と、主原動機２０と補助原動機４０のうち補助原動機４０のみが作動している補助発電状態との切り換えを行った。制御装置９０は、さらに、主原動機２０と補助原動機４０のうち主原動機２０のみが作動している主発電状態への切り換えを行ってもよい。また、その切り換えに人工知能を用いてもよい。以下、その具体例を述べる。

図４に示すように、本実施形態に係る制御装置９０は、外部から、現在の気象の状況及び気象予報を表す気象データと、図３に示す太陽光発電装置ＳＧから補助原動機制御器５０を介して補助原動機４０に供給される電気エネルギーの大きさに依存する物理量を表す物理量データとを逐次に取得するデータ取得部９０ａを有する。物理量データは、具体的には、図３に示す回転数検出器６０から取得する補助原動機出力軸４１の回転数を表す。

また、制御装置９０は、データ取得部９０ａによって取得された気象データ及び物理量データが逐次に入力される人工知能部９０ｂを有する。

人口知能部９０ｂは、図３に示す主原動機２０による燃料ＦＬの消費が最低となる条件で、主原動機２０と補助原動機４０の双方が作動している協働発電状態と、主原動機２０と補助原動機４０のうち補助原動機４０のみが作動している補助発電状態と、主原動機２０と補助原動機４０のうち主原動機２０のみが作動している主発電状態との切り換えのパターンを予め機械学習させた人工知能の機能を有する。

なお、機械学習は、シミュレーションで行わせてもよいし、発電装置２００の実際の運転において行わせてもよい。

人工知能部９０ｂは、気象データ及び物理量データによって把握される、太陽光発電装置ＳＧにおける現在及び将来の発電の量と、現在の季節及び日時から予測される、負荷ＬＤにおける電力の需要量とを考慮して、図３に示す主原動機２０による燃料ＦＬの消費を最低に抑えるためには、協働発電状態と、補助発電状態と、主発電状態とのいずれの状態をとるべきかを逐次に判定する。

また、制御装置９０は、人工知能部９０ｂの判定結果に基づいて、図３に示す発電機１０、主原動機２０、主動力伝達機構３０、及びパワーコンディショナー１３０を制御する制御部９０ｃを有する。なお、上述したデータ取得部９０ａ、人工知能部９０ｂ、制御部９０ｃは、図１に示す制御プログラム９１の実行によって実現される。

以下、本実施形態に係る制御装置９０が行う切り換え制御について具体的に説明する。

図５に示すように、まず、制御部９０ｃは、図３に示す停電検知部１００によって、商用電源の停電が検知されたか否かを判定する（ステップＳ２１）。制御部９０ｃは、商用電源の停電が検知されていない場合は（ステップＳ２１；ＮＯ）、再びステップＳ２１に戻る。

一方、制御部９０ｃは、停電検知部１００によって停電が検知された場合は（ステップＳ２１；ＹＥＳ）、図３に示すパワーコンディショナー１３０に、補助原動機４０への給電を開示させる（ステップＳ２２）。これにより、図３に示す二次電池１１０に電気エネルギーが蓄積されていた場合は、その電気エネルギーが補助原動機制御器５０を通じて補助原動機４０に与えられ、補助原動機４０がその電気エネルギーを消費することで作動し、補助原動機出力軸４１が回転する。

また、停電検知部１００によって停電が検知された場合（ステップＳ２１；ＹＥＳ）、図４において、データ取得部９０ａが気象データ及び物理量データの逐次の取得を開始し、データ取得部９０ａから人工知能部９０ｂに気象データ及び物理量データが逐次に入力され、その入力の度に、人工知能部９０ｂが上述した判定を行う。

次に、人工知能部９０ｂが上述した判定において、主原動機２０を作動させるべきでないと判定した場合（ステップＳ２３；ＮＯ）、即ち、補助発電状態をとるべきと判定した場合、制御部９０ｃは、仮にいま主原動機２０が作動しているならば、主動力伝達機構３０を非連結状態に切り換え、かつ主原動機２０を停止させる（ステップＳ２４）。

次に、制御部９０ｃは、仮にいまパワーコンディショナー１３０によって補助原動機４０への給電が断たれているならば、パワーコンディショナー１３０に補助原動機４０への給電を開始させる（ステップＳ２５）。

一方、人工知能部９０ｂがステップＳ２３において、主原動機２０を作動させるべきであると判定した場合（ステップＳ２３；ＹＥＳ）、即ち、協働発電状態又は主発電状態をとるべきと判定した場合、制御部９０ｃは、仮にいま主原動機２０が燃料ＦＬを消費しておらず停止しているならば、主原動機２０を起動させ、かつ主動力伝達機構３０を連結状態に切り換える（ステップＳ２６）。

次に、人工知能部９０ｂが補助原動機４０を作動させるべきでないと判定した場合（ステップＳ２７；ＮＯ）、即ち、主発電状態をとるべきと判定した場合、制御部９０ｃは、仮にいまパワーコンディショナー１３０が補助原動機４０への給電を行っているならば、パワーコンディショナー１３０に補助原動機４０への給電を停止させる（ステップＳ２８）。これにより、太陽光発電装置ＳＧにて生成される電気エネルギーは、補助原動機４０で消費されることなく、専ら二次電池１１０に蓄えられる。

一方、人工知能部９０ｂが補助原動機４０を作動させるべきであると判定した場合（ステップＳ２７；ＹＥＳ）、即ち、協働発電状態をとるべきと判定した場合、制御部９０ｃは、ステップＳ２５に移行する。

そして、ステップＳ２５又はステップ２８の後、制御部９０ｃは、停電検知部１００によって、商用電源の停電からの復旧が検知されたか否かを判定する（ステップＳ２９）。制御部９０ｃは、停電の復旧が検知されていない場合は（ステップＳ２９；ＮＯ）、再びステップＳ２３に戻る。

以上のようにステップＳ２３とステップＳ２９との間のループにおいて、制御部９０ｃが、人工知能部９０ｂの判定結果に応じて、協働発電状態と、補助発電状態と、主発電状態との切り換えを行う。ステップＳ２４は、主原動機２０による燃料ＦＬの消費を停止させる一方、補助原動機４０を作動させる補助発電ステップに該当する。ステップＳ２７でＹＥＳと判定された後のステップＳ２５は、主原動機２０と補助原動機４０との双方を作動させる協働発電ステップに該当する。ステップＳ２８は、主原動機２０を作動させる一方、補助原動機４０を停止させ、かつ太陽光発電装置ＳＧにて生成される電気エネルギーを蓄電する主発電ステップに該当する。

一方、制御部９０ｃは、停電の復旧が検知された場合（ステップＳ２９；ＹＥＳ）、仮にいま主原動機２０が作動しているならば、主動力伝達機構３０を非連結状態に切り換え、かつ主原動機２０を停止させる（ステップＳ３０）。

次に、制御部９０ｃは、仮にいまパワーコンディショナー１３０が補助原動機４０への給電を行っているならば、パワーコンディショナー１３０に補助原動機４０への給電を停止させる（ステップＳ３１）。

以上説明したように、本実施形態によれば、人工知能部９０ｂが、太陽光発電装置ＳＧにおける発電の量と、負荷ＬＤにおける電力の需要量とを見越して、主原動機２０による燃料ＦＬの消費が最低となる条件で、協働発電状態と、補助発電状態と、主発電状態とのいずれの状態をとるべきかを逐次に判定する。このため、実施形態１及び２の場合よりも燃料ＦＬを節約し得る。

具体的には、本実施形態に係る切り換え制御によれば、図２に示す切り換え制御とは異なり、日中、太陽光発電装置ＳＧにおいて充分な電気エネルギーが生成される場合であっても、補助原動機４０が作動しない主発電状態に切り換えられ、二次電池１１０への充電がなされることがあり得る。これは、夜間に負荷ＬＤでの電力の需要量が低減することが予想される場合、夜間は、日中に二次電池１１０に蓄えておいた電気エネルギーを用いる補助発電状態に切り換えた方が、結果として燃料ＦＬを節約できる場合があるからである。

［実施形態４］
上記実施形態１では、補助原動機４０に給電するエネルギー供給源として太陽光発電装置ＳＧを例示したが、太陽光発電装置ＳＧ以外のエネルギー供給源を用いてもよい。以下、その具体例を述べる。

図６に示すように、本実施形態では、補助原動機４０は、太陽光発電装置ＳＧのみならず、風力発電装置ＷＧからも給電を受ける。風力発電装置ＷＧは、風の力で羽根車を回すことにより、電気エネルギーを生成する。風力発電装置ＷＧも太陽光発電装置ＳＧと同様、補助原動機４０に給電するエネルギー供給源の一例である。

本実施形態によれば、風力発電装置ＷＧと太陽光発電装置ＳＧとの一方において、補助原動機４０を作動させるのに充分な電気エネルギーを生成できない場合であっても、他方において、充分な電気エネルギーを生成できる場合がある。このため、商用電源が停電している期間における補助原動機４０の稼働率を高めることができる。従って、実施形態１の場合よりも燃料ＦＬを節約できる。

以上、本発明の実施形態について説明した。本発明はこれに限られず、以下に述べる変形も可能である。

上記実施形態１では、主原動機２０がディーゼルエンジンである場合を例示したが、主原動機２０は、特にディーゼルエンジンに限られない。主原動機２０は、ディーゼルエンジン以外の内燃機関であってもよい。また、補助原動機４０は、特に電動機に限られない。補助原動機４０は、ガスタービン機関、蒸気タービン機関等の熱機関であってもよい。

図６には、エネルギー供給源として太陽光発電装置ＳＧ及び風力発電装置ＷＧを例示したが、エネルギー供給源はこれらに限られない。環境を保護する観点から、エネルギー供給源は、太陽光、太陽熱、水力、風力、地熱、波力、温度差、バイオマス等によって得られる再生可能エネルギーを、電気エネルギーに変換するものであってもよい。また、エネルギー供給源は、焼却炉、加熱炉、溶鉱炉等の炉であってもよい。その場合、補助原動機４０は、炉の熱によって生成される蒸気の熱エネルギーを消費して作動する蒸気タービンであってもよい。

上記実施形態１では、発電機１０が三相交流同期発電機である場合を例示したが、発電機１０は、特に三相交流同期発電機に限られない。発電機１０は、三相巻線と単相巻線とを有することにより、三相交流電力と単相交流電力とを出力するタンデム型同期発電機であってもよい。発電機１０としてタンデム型同期発電機を用いることにより、エネルギー供給源が直流の電気エネルギーを出力する場合であっても、インバーターを用いずに三相交流電力と単相交流電力とを得ることができる。また、発電機１０は、特に同期発電機に限られず、誘導発電機であってもよい。また、発電機１０は、交流発電機に限られず、直流発電機であってもよい。

上記実施形態１では、補助動力伝達機構８０がワンウェイクラッチである場合を例示したが、補助動力伝達機構８０は、特にワンウェイクラッチに限られない。補助動力伝達機構８０は、ラチェット機構又はカム機構によってトルクを一方向にのみ伝達するフリーホイールであってもよい。また、補助動力伝達機構８０は、摩擦クラッチ又は噛み合いクラッチであってもよい。また、図１には、主動力伝達機構３０がディスククラッチである模様を例示したが、主動力伝達機構３０は、特にディスククラッチに限られない。主動力伝達機構３０は、ディスククラッチ以外の摩擦クラッチ、噛み合いクラッチ、又はワンウェイクラッチであってもよい。

上記実施形態１では、太陽光発電装置ＳＧから補助原動機４０に供給される電気エネルギーの大きさに依存する物理量として、回転数検出器６０によって検出される、補助原動機出力軸４１の回転数を例示したが、その物理量は、特に補助原動機出力軸４１の回転数に限られない。その物理量として、太陽光発電装置ＳＧで生成されている電力の大きさを採用してもよい。

図３には、蓄電器として二次電池１１０及びキャパシタ１２０を例示したが、これらのうちキャパシタ１２０を省略しても、二次電池１１０が電気エネルギーを蓄積する効果を得ることができる。また、二次電池１１０とパワーコンディショナー１３０とを省略しても、キャパシタ１２０が電圧を平滑化する効果を得ることができる。また、パワーコンディショナー１３０の出力を直流に変換する整流回路をさらに備える場合は、図３に示す補助原動機４０が直流電動機であってもよい。

図１に示した制御プログラム９１をコンピュータにインストールすることで、そのコンピュータを制御装置９０として機能させることができる。制御プログラム９０は、通信回線を通じて配布することもできるし、光ディスク、磁気ディスク、フラッシュメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布することもできる。

１０…発電機、１１…回転軸、２０…主原動機、２１…主原動機出力軸、２２…燃料タンク、３０…主動力伝達機構、４０…補助原動機、４１…補助原動機出力軸、５０…補助原動機制御器、６０…回転数検出器、７０…補助原動機用スイッチ、８０…補助動力伝達機構、９０…制御装置、９０ａ…データ取得部、９０ｂ…人工知能部、９０ｃ…制御部、９１…制御プログラム、１００…停電検知部、１１０…二次電池（蓄電器）、１２０…キャパシタ（蓄電器）、１３０…パワーコンディショナー、２００…発電装置、ＦＬ…燃料、ＬＤ…負荷、ＳＧ…太陽光発電装置（エネルギー供給源）、ＴＱ…回転トルク、ＷＧ…風力発電装置（エネルギー供給源）。

Claims

回転トルクが伝達されることにより回転する回転軸を有し、前記回転軸の回転によって電力を生成し、生成した前記電力を負荷に供給する発電機と、
燃料を消費して作動することにより、前記回転トルクを生成する主原動機と、
前記主原動機によって生成された前記回転トルクである主原動機回転トルクを前記回転軸に伝達する連結状態と、前記主原動機と前記回転軸とを切り離す非連結状態とに切り換わる構成を有する主動力伝達機構と、
外部のエネルギー供給源から供給されたエネルギーを消費して作動することにより、前記回転トルクを生成する補助原動機と、
前記補助原動機によって生成された前記回転トルクである補助原動機回転トルクを前記回転軸に伝達する補助動力伝達機構と、
前記エネルギー供給源から前記補助原動機に供給される前記エネルギーの大きさに依存する物理量に基づいて、
（Ｉ）前記主原動機による前記燃料の消費を停止させ、かつ前記補助原動機を作動させている補助発電状態であって、前記補助原動機から前記補助動力伝達機構を介して前記補助原動機回転トルクが前記回転軸に伝達され、かつ前記回転軸から前記主原動機への前記補助原動機回転トルクの伝達が、前記非連結状態の前記主動力伝達機構によって遮断される補助発電状態と、
（ＩＩ）前記主原動機と前記補助原動機の双方を作動させている協働発電状態であって、前記主原動機から前記連結状態の前記主動力伝達機構を介して前記主原動機回転トルクが伝達されて回転している前記回転軸に対し、前記補助原動機が生成した前記補助原動機回転トルクが、前記補助動力伝達機構を介してさらに伝達される協働発電状態と、
の切り替えを行う制御装置と、
を備え、
前記補助動力伝達機構は、前記協働発電状態において、前記補助原動機が生成する前記補助原動機回転トルクの低減によって、前記主原動機から、前記連結状態の前記主動力伝達機構、前記回転軸、及び前記補助動力伝達機構を介して、前記補助原動機回転トルクと同じ向きの前記主原動機回転トルクが前記補助原動機に伝達されようとするときは、前記回転軸から前記補助原動機への前記主原動機回転トルクの伝達を自ずと遮断する構成を有する、
発電装置。
前記補助動力伝達機構が、ワンウェイクラッチによって構成されている、
請求項１に記載の発電装置。
前記主動力伝達機構が、外部からの制御を受けて、前記連結状態と、前記非連結状態とに切り換わる構成を有し、
前記制御装置が、前記補助発電状態では、前記主動力伝達機構を前記非連結状態に制御し、前記協働発電状態では、前記主動力伝達機構を前記連結状態に制御する、
請求項１又は２に記載の発電装置。
前記回転軸の一端に、前記主動力伝達機構が配置されており、他端に、前記補助動力伝達機構が配置されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の発電装置。
前記エネルギー供給源から供給される前記エネルギーが電気エネルギーであり、
前記電気エネルギーを蓄える蓄電器をさらに備え、
前記補助原動機が、前記蓄電器から前記電気エネルギーを得て作動する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の発電装置。
前記エネルギー供給源から供給される前記エネルギーが直流の電気エネルギーであり、
前記補助原動機が、前記電気エネルギーを消費して作動する直流電動機であり、
前記発電機が生成する前記電力が、交流の電力である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の発電装置。
前記制御装置が、前記主原動機による前記燃料の消費が最低となる条件で前記補助発電状態と前記協働発電状態との切り換えのパターンを予め機械学習させた人工知能を用いて、前記補助発電状態と前記協働発電状態との切り換えを行う、
請求項１から６のいずれか１項に記載の発電装置。