JPH10257696A - 非常電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 起動遅れが短く、保守が容易で低コストで構
成できる非常電源装置を提供する。 【解決手段】 受電時には受電電力によって駆動される
コンプレッサ５によってエアタンク７に空気を蓄圧し、
停電時にはこのエアタンク７に蓄圧された高圧空気によ
ってエアタービン１２を回転して三相交流発電機１３を
駆動するように構成した。なお、この場合、上記エアタ
ービン発電機１３Ａをエアタービン１２に連結された三
相交流発電機１３により構成し、この三相交流発電機１
３の出力を単相交流発電電力線１７又は三相交流発電電
力線１４を介して、その電源回路側に単相交流電力又は
三相交流電力を供給するようにした非常電源装置とする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は停電時に電力を供給
する非常電源装置に係り、特に、低コストで保守の容易
な非常電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】停電によって、一時的にも機能停止する
ことを嫌う設備が多く存在する。例えば、精密加工機械
や化学処理装置等、急に停電するとワークに傷を付けた
り生産物を不良にしてしまう恐れのある設備、加工や処
理中のデータ類が消滅又は変化する恐れのあるコンピュ
ータ装置、また、最近のＭＥ化が進んだ病院の設備や処
置室の照明等がある。このような設備には、停電時には
エンジンによって駆動される発電機によって供給する非
常用発電設備、直流に整流変換して電池に蓄電し、停電
時には直流回路にはそのまま、交流回路にはインバータ
によって交流に変換して供給する電池式非常用電源設
備、受電時に付勢し回転させたフライホイールに蓄積さ
れた回転エネルギーによって、停電時に発電機を駆動回
転する非常用発電設備の非常電源装置が用いられる。

【０００３】この種、電源装置の先行技術としては、特
公昭５４−４０２８８号公報、特開昭５２−１２９８０
３号公報に示すものがある。特公昭５４−４０２８８号
公報に記載のものは、常用電源回路が故障すると非常灯
が停電し、同時に電磁阻止弁が無励磁となるために開路
され、制御弁を介して気体性ガスボンベからタービンへ
ガスが吹きつけられ、発電機を起動させ、発電機の出力
側からダイオードを介して非常灯に電圧が印加され、こ
れらを点灯させる。そして、常用電源の故障が復帰すれ
ば再び電磁阻止弁が作動して発電機の運転を止める。こ
れらの動作は自動的に行われる。特開昭５２−１２９８
０３号公報に開示のものは、異常事態発生により、主タ
ービンがトリップすると、主蒸気止め弁が閉じて安全弁
がボイラ及び主蒸気管内の余剰蒸気を外部に放出させる
と共に、所内交流電源喪失時、電源喪失信号により、ガ
バナが制御弁を開き、余剰蒸気の一部がバイパス管を経
て非常用蒸気タービンに流入し、非常用発電機が回転さ
れるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の停電
対策の場合には、エンジン発電機方式であると、エンジ
ンの立ち上がりを早くするための特殊な機能が必要であ
り、完全に立ち上がって所定の電圧を発電するまでに時
間遅れを生じる。また、電池式であると、電源供給には
遅れがないが、ある程度の電力量が蓄電できる電池が必
要なので、このような電池の保守点検が必要であり、設
備費や保守費が必要電力に対応して高価になる。また、
フライホイール式によると、起動遅れはエンジン発電機
よりも短いが、必要な発電エネルギーを回転エネルギー
として蓄えるには、ある程度の質量で形成されたフライ
ホイールを高速で回転する必要がある。そのために、高
速回転の遠心力では分解されない構造のフライホイール
と安定な回転を低摩擦で可能にする軸受等が必要であっ
て、装置が高価になり、メンテナンスにも特殊な技術が
必要である。

【０００５】また、先行技術である特公昭５４−４０２
８８号公報に記載のものは、気体性ガスボンベに蓄えら
れた圧力ガスを使用するので、一度使用した後は、ガス
ボンベを交換又は内部ガスを補充する手間が必要であ
る。また、特開昭５２−１２９８０３号公報に記載のも
のは、主タービンの余剰蒸気を使用するので、条件によ
っては使用可能な蒸気量に限度があり、蒸気タービンを
備えたシステムでないと使用できない。また、近時の停
電は、比較的短時間で復帰する場合が多いので、短時間
でも停電による影響を防止できる非常電源装置や、高出
力の発電機が立ち上がるまでの短時間、電源を提供でき
る非常電源装置が要望されていた。本発明は従来のもの
の上記課題（問題点）を解決し、起動遅れが短く、保守
が容易で低コストで構成できる非常電源装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、受電時には受電電力によって駆動されるコンプレッ
サによってエアタンクに空気を蓄圧し、停電時にはこの
エアタンクに蓄圧された高圧空気によってエアタービン
発電機を駆動するように構成した。なお、この場合、上
記エアタービン発電機をエアタービンに連結された三相
交流発電機により構成し、この三相交流発電機の出力を
単相交流発電電力線又は三相交流発電電力線を介して、
その電源回路側に単相交流電力又は三相交流電力を供給
するようにした非常電源装置とすることができる。本発
明は、上述のように構成したので、エアタンクに蓄圧さ
れた高圧空気は瞬間的にエアタービン発電機を所定回転
速度まで立ち上げるので、起動遅れが短く、保守が容易
で低コストで構成できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態を図を
参照して詳細に説明する。図１において、１は三相交流
の受電用の三相交流受電配電線であり、２は三相交流受
電配電線１のうちの単相分を分岐して単相の所定電圧、
例えば、１００ボルトに変換する第１の単相変圧器であ
る。第１の単相変圧器２の出力は単相交流受電配電線３
に接続されている。

【０００８】４はモータで、三相交流受電配電線１に接
続される。モータ４はエアコンプレッサ５に結合され、
エアコンプレッサ５で圧縮された高圧空気を伝送するエ
ア配管６はエアタンク７に結合されている。従って、三
相交流を受電し、モータ４を駆動してエアコンプレッサ
５によって常時圧縮空気（以下エアと略称する）をつく
りエアタンク７に蓄圧している。なお、図１では、モー
タ４の電源遮断器、空圧回路の非常弁や圧力計器及びエ
アフィルター等の空圧回路の補助機器類及び受電設備と
して当然必要となる計器類及び制御回路等の図記は省略
している。エア配管６はエアバルブ８を経由してエア負
荷機器９に接続されている。エア配管６は、またエアソ
レノイドバルブ１０及びエアコントロールバルブ１１を
経由してエアタービン１２に接続されている。エアター
ビン１２の回転出力軸は三相交流発電機１３の回転軸に
結合している。なお、エアタービン１２と三相交流発電
機１３によりエアタービン発電機１３Ａが構成される。
上述したエアコンプレッサ５とエアタンク７の能力／容
量はエア負荷機器９が常時必要とするエア供給能力より
も適度に大きくし、エア負荷機器９が機能状態において
も蓄圧できるようにする。

【０００９】三相交流発電機１３の発電回路は三相交流
発電電力線１４に接続され、この三相交流発電電力線１
４には発電電圧検出器１５が結合されている。発電電圧
検出器１５で検出した発電電圧値は図示しない自動電圧
調節機能によって三相交流発電機１３の励磁機能を制御
して、受電電圧と等しい発電電圧を発電するように三相
交流発電機１３の発電電圧を自動的に制御する。また、
発電電圧検出器１５で検出した発電電圧波形と周波数判
別機能１５ａの機能によって、発電周波数と受電周波
数、例えば５０Ｈｚとの偏差を無くすように、前述した
エアコントロールバルブ１１を操作する。即ち、エアコ
ントロールバルブ１１を通過するエア流量によってエア
タービン１２の回転速度を操作し、三相交流発電機１３
が適正な周波数、例えば５０Ｈｚを発電するように自動
的なガバナ機能をなしている。ガバナ機能は、機械的に
エアタービン１２の回転速度が一定値になるようにエア
コントロールバルブ１１を機能するようにしても良い。
前述したエアソレノイドバルブ１０の制御コイルは単相
交流受電配電線３に接続して、常時駆動電流を供給され
ている。エアソレノイドバルブ１０は、駆動電流が供給
されていると、エア回路を閉鎖して、前述したエアター
ビン１２に対するエアの流入を禁止している。従って、
エアタービン１２は回転せず、三相交流発電機１３（エ
アタービン発電機１３Ａ）の発電動作は稼働しない。

【００１０】三相交流発電電力線１４の三相配電線のう
ちの単相分を分岐して第２の単相変圧器１６に入力し、
第２の単相変圧器１６の出力回路は単相交流発電電力線
１７に接続されている。第２の単相変圧器１６は第１の
単相変圧器２と同一の電圧を出力する特性を備えてい
る。第１の三相回路遮断器１８は、三相交流受電配電線
１に接続され、第２の三相回路遮断器１９は三相交流発
電電力線１４に接続され、第１の三相回路遮断器１８と
第２の三相回路遮断器１９の出力回路はいずれも三相交
流無停電配電線２０に接続されている。三相交流無停電
配電線２０には停電によって機能が停止することを嫌う
三相交流負荷機器２１、例えば、精密加工機械や化学処
理装置等の重要機器類が接続されている。

【００１１】また、第１の単相回路遮断器２２は、単相
交流受電配電線３に接続され、第２の単相回路遮断器２
３は、単相交流発電電力線１７に接続され、第１の単相
回路遮断器２２と第２の単相回路遮断器２３の出力回路
はいずれも単相交流無停電配電線２４に接続されてい
る。単相交流無停電配電線２４には停電によって機能が
停止することを嫌う単相交流負荷機器２５、例えば、照
明関係、ＯＡ機器、計測機器類と、この非常電源装置の
所定機能を含む制御装置２６とが接続されている。制御
装置２６に供給する直流電圧は、単相交流無停電配電線
２４から供給される単相交流を整流して得るようにして
いるが、後述するような瞬間的な電圧降下によっても回
路内部のディジタル値等が変化することを禁止するため
に所定時間直流電圧を維持できる容量のコンデンサを整
流回路に使用するか、特定回路にダイオードを経由して
電池から供給できるようにする。さらに、必要なときに
電池が放電してしまって機能しないことがないように電
池にはフローティング機能をつけると良い。

【００１２】上述の回路構成において、常時受電状態で
あると、第１の三相回路遮断器１８と第１の単相回路遮
断器２２が閉路し、第２の三相回路遮断器１９と第２の
単相回路遮断器２３が断路状態に維持されていて、三相
交流負荷機器２１には三相交流受電配電線１から、単相
交流負荷機器２５と制御装置２６には単相交流受電配電
線３から、夫々電力が供給されている。また、エアコン
プレッサ５で圧縮されるエアはエアタンク７に蓄圧され
る。単相交流受電配電線３から電力が供給されている状
態では前述したようにエアソレノイドバルブ１０はエア
配管６を閉路するように形成している。従って、エアタ
ービン１２は機能せず、三相交流発電機１３（エアター
ビン発電機１３Ａ）は発電しない。

【００１３】停電により三相交流受電配電線１の電圧が
なくなると、単相交流受電配電線３に電圧がなくなるの
で、直ぐにエアソレノイドバルブ１０は機能してエアタ
ービン１２を駆動し、三相交流発電機１３（エアタービ
ン発電機１３Ａ）が発電を開始する。また、第１の三相
回路遮断器１８と第１の単相回路遮断器２２は開路す
る。エアタービン発電機１３Ａが発電を開始し、完全に
立ち上がると、第２の三相回路遮断器１９と第２の単相
回路遮断器２３は閉路し、三相交流無停電配電線２０と
単相交流無停電配電線２４にはエアタービン発電機１３
Ａの発電出力が供給される。従って、三相交流負荷機器
２１、単相交流負荷機器２５、制御装置２６には、第１
の三相回路遮断器１８と第２の三相回路遮断器１９及び
第１の単相回路遮断器２２と第２の単相回路遮断器２３
が夫々切り替わる短時間を除いて、夫々負荷機器に電力
が供給される。一般に交流負荷や熱負荷はエナーシャを
有しており、人の目も記憶機能があるので、瞬間的な停
電は影響せず、停電の影響を受ける危険性のある直流回
路には前述したようなコンデンサ又は電池による補助機
能によって微弱時間の停電による影響を除くことができ
る。

【００１４】上述の説明は本発明の技術思想を実現する
ための基本構成とその働きを説明する代表的な実施の形
態例を示したものであって、この発明に基づく非常電源
装置を適用するシステムの条件によって適宜対応させれ
ば良い。例えば、エアタンク７に蓄圧できるエアの量に
は限度があるので、その寿命を延ばすために、下記のよ
うな手段を取れば良い。 エアバルブ８とエア負荷機器９は夫々代表的に一個の
符号で記したが、常時エアを供給するエア負荷機器と、
機能停止が許可されるエア負荷機器及び、徐々に圧力を
抜けば良いエア負荷機器等、条件の異なるエア負荷機器
に対するエア配管をエアソレノイドバルブ又はリモート
コントロールエアバルブ等によって適切に分離し、機能
停止が許可されるエア負荷機器へのエア供給は直ちに停
止する、徐々に圧力を抜けば良いエア負荷機器に徐々に
エア供給を減少させる等の機能を設ける。また、非常電
源用エアタンクと常用エア負荷機器用エアタンクを分離
し、停電時には夫々のエアタンクから対象機器にエアを
送るようにしても良い。 各三相回路遮断器１８、１９と三相交流負荷機器２１
及び各単相回路遮断器２２、２３と単相交流負荷機器２
５も、上記と同様に、夫々代表的に一個の符号で記した
が、停電を禁止する機器と停電による機能停止が許可さ
れる機器、徐々に停止させる必要のある機器等に分離し
て、夫々個別に操作できるようにする。 上述の説明では三相と単相とが電気負荷として存在す
る場合について説明したが、どちらか１系統のみの場合
にも同様の技術思想が適用できることは当然である。 本発明の技術思想とエンジン発電機のような長時間発
電を可能にする補助発電装置と組み合わせ、補助発電装
置が完全に立ち上がるまでの時間を本発明の技術思想に
基づいて構成した発電装置によってカバーするようにし
ても良い。

【００１５】

【発明の効果】本発明は上述したように構成したので、
次のような効果を有する。 圧力空気の働きでほとんど瞬時に発電が立ち上がる。
従って、各回路遮断器の操作を適切に制御することによ
って、起動遅れが短く、保守が容易で低コストで構成で
きる非常電源装置を得ることができる。 精密加工機械や化学処理装置等、急に停電するとワー
クに傷を付けたり、生産物を不良にしてしまう恐れのあ
る精密加工機械や化学処理装置等や、加工や処理中のデ
ータ類が消滅又は変化する恐れのあるコンピュータ装置
等に対する、安価な非常電源機能が提供できる。 多くの工場ではエアコンプレッサを設備しているの
で、本発明の実施に当たり従来の設備がそのまま流用で
きる。 エンジン発電機と組み合わせれば、エンジン発電機の
立ち上がりを早くするための特殊な機能を必要とせず、
短時間の停電には本発明に基づく電源装置で電力を供給
し、停電が長時間になるとエンジン発電機から電力を供
給するようにすれば、エンジン発電機を起動特性を早く
するための手段が不要になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく非常電源装置を説明する概要構
成を示すブロック回路図である。

【符号の説明】

１：三相交流受電配電線 ３：単相交流受電配電線 ４：モータ ５：エアコンプレッサ ６：エア配管 ７：エアタンク １０：エアソレノイドバルブ １１：エアコントロールバルブ １２：エアタービン １３：三相交流発電機 １３Ａ：エアタービン発電機 １４：三相交流発電電力線 １５：発電電圧検出器 １５ａ：周波数判別機能 １７：単相交流発電電力線 １８、１９：三相回路遮断器 ２０：三相交流無停電配電線 ２１：三相交流負荷機器 ２２、２３：単相回路遮断器 ２４：単相交流無停電配電線 ２５：単相交流負荷機器 ２６：制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受電時には受電電力によって駆動される
   コンプレッサによってエアタンクに空気を蓄圧し、停電
   時には該エアタンクに蓄圧された高圧空気によってエア
   タービン発電機を駆動するようにしたことを特徴とする
   非常電源装置。
2. 【請求項２】 上記エアタービン発電機をエアタービン
   に連結された三相交流発電機により構成し、この三相交
   流発電機の出力を単相交流発電電力線又は三相交流発電
   電力線を介して、その電源回路側に単相交流電力又は三
   相交流電力を供給するようにした請求項１記載の非常電
   源装置。