(57)【要約】【課題】装置を画期的に小型、軽量化、高効率化し、光束及びプラズマの増大、ノイズの防止、設置の容易性及び作業性の向上、設備コストの低減を図る。【解決手段】永久磁石式交流発電機を小型ガスタービンで駆動してその永久磁石式交流発電機から高周波電力を出力する小型ガスタービン発電機１と、パスコアとしてフェライト粉モールド板２３を用いた高周波磁気漏洩変圧器２１により構成されて上記小型ガスタービン発電機からの高周波電力を安定化処理する安定器２と、この安定器からの安定化高周波電力を受けて点灯する大型放電灯３とから成り、上記フェライト粉モールド板２３を電気絶縁性合成樹脂とフェライト粉とを混合して成形することにより作製して、一次巻線２４と二次巻線２５との間でフェライトコア２２に介入させた。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石式交流発電機を小型ガスタービンで駆動してその永久磁石式交流発電機から高周波電力を出力する小型ガスタービン発電機と、高周波磁気漏洩変圧器により構成されて上記小型ガスタービン発電機からの高周波電力を安定化処理する安定器と、この安定器からの安定化高周波電力を受けて点灯する大型放電灯とから成ることを特徴とする小型ガスタービン発電機を用いた大型放電灯照明システム。
【請求項２】
上記安定器の高周波磁気漏洩変圧器は、フェライトコアに一次巻線と二次巻線とを所要間隔を隔てて配置するとともに、両巻線間にパスコアとして電気絶縁性合成樹脂とフェライト粉とを混合して成形した透磁率の低いフェライト粉モールド板を配することで、高周波磁気漏洩変圧器に形成した請求項１に記載の小型ガスタービン発電機を用いた大型放電灯照明システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型ガスタービン発電機を用いた大型放電灯照明システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、送配電系統では、合理化の観点から地域分散型の電源システムが採用されるようになってきており、既にこれに適った各種の小型の発電システムが提案され、実施されている。その一つに、いわゆるマイクロガスタービンと称される小型のガスタービンと永久磁石式の交流発電機とを組み合わせた小型ガスタービン発電機を用い、これにより得られた電力で、病院、スーパーマーケットの如き店舗、事務所ビル等における各種照明器具、冷凍機器その他機械器具用の電力を賄うようにしたものがあり、このシステムは、装置を小型にでき、保守を簡単にでき、ランニングコストを低減できる点で注目されている。
【０００３】
この場合の上記マイクロガスタービンは、ラジアル圧縮機１段、ラジアルタービン１段で同軸に永久磁石式誘導発電機を備えた圧力比が４程度、タービン入口温度が１０００℃で通常９０，０００（ｒｐｍ）以上の高速回転で運転される小型のガスタービンであり、ガスタービン排ガスを熱源とするプレートフィン式再生器を備えて、発電効率を上げる構成をとっている。また、交流発電機は、界磁に永久磁石を用いた２極程度の簡単な構成にしたものであり、上記マイクロガスタービンの回転に伴い１０００Ｈｚ〜３０００Ｈｚ程度の正弦波の高周波電力を得るようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来は、その小型ガスタービン発電機からの１０００Ｈｚ〜３０００Ｈｚ程度の高周波電力を一旦商用周波数５０Ｈｚ／６０Ｈｚの低周波電力に変換して各種機械器具を運転しているため、スタビライザ、整流回路、チョッパ、インバータ、ノイズ防止手段等から成る複雑な周波数変換器及び関連回路を要し、設備コストが高くなっている。
【０００５】
殊にメタルハライドランプのような大型放電灯を点灯させる場合には、その点灯に高電圧が必要であるため、更にパルス高電圧を発生させる始動用電子装置を要する。そして、そのパルス高電圧により点灯させた後は、低周波電力用安定器を通じて安定化した商用周波数電力を供給して、その点灯を持続させる必要がある。したがって、小型ガスタービン発電機に接続される一連の電気設備は、利用周波数が低いこともあって極めて大型でかつ大重量になるとともに、かなり高価なものとなり、かつ、設置スペース上も設置作業上も著しく制約を受ける。例えば、イカ釣り漁船においては、その一連の電気設備だけを収納する部屋を必要とし、その設置が困難であり、配線を含めて多大な経済的負担を強いている。また、その始動用電子装置や低周波電力用安定器では、始動時にパルス高電圧が発生することから、これがノイズや高調波の発生源にもなっている。
【０００６】
ところで、本発明者らの実験研究によれば、メタルハライドランプ等の大型放電灯の場合、小型ガスタービン発電機からの１０００Ｈｚ〜３０００Ｈｚ程度の高周波電力で直接点灯させると、従来の５０Ｈｚ／６０Ｈｚの低周波電力で点灯させるものに比べて、光束が３０％以上に増加し、発光管内のプラズマが太くなり、照度が大きく増加し、エネルギー効率が大きく高まることが判明した。したがって、メタルハライドランプ等の大型放電灯を小型ガスタービン発電機の高周波電力で直接的に点灯させることができれば、上述のような複雑な周波数変換器や関連回路の必要もなく、好都合である。しかしながら、小型ガスタービン発電機からの出力を直に使用するには、安定性の面で未だ問題が残されており、１０００Ｈｚ〜３０００Ｈｚ程度の高周波電力に対応し得る簡単な安定器も見当たらない。
【０００７】
そこで、本発明は、１０００Ｈｚ〜３０００Ｈｚ程度の高周波電力に対応し得る磁気漏洩変圧器から成る簡単な安定器を開発し、これを小型ガスタービン発電機と結合させることにより、それらの問題点を解決しようとするものであり、装置を画期的に小型軽量化、高効率化し、併せて、光束、プラズマを増大させ、かつ、ノイズの発生を防止させ、設置の容易性、作業性を向上させ、設備コストを低減させようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
斯かる観点から、本発明は、永久磁石式交流発電機を小型ガスタービンで駆動してその永久磁石式交流発電機から高周波電力を出力する小型ガスタービン発電機と、高周波磁気漏洩変圧器により構成されて上記小型ガスタービン発電機からの高周波電力を安定化処理する安定器と、この安定器からの安定化高周波電力を受けて点灯する大型放電灯とから成ることを特徴とする。
【０００９】
而して、上記安定器の高周波磁気漏洩変圧器は、フェライトコアに一次巻線と二次巻線とを所要間隔を隔てて配置するとともに、両巻線間にパスコアとして電気絶縁性合成樹脂とフェライト粉とを混合して成形した透磁率の低いフェライト粉モールド板を配することで、高周波磁気漏洩変圧器に形成している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明に係る小型ガスタービン発電機を用いた大型放電灯照明システムの実施の形態を示すシステム構成図であり、この大型放電灯照明システムは、小型のガスタービンに永久磁石式交流発電機を機械的に直結して高周波電力を出力する小型ガスタービン発電機１と、この小型ガスタービン発電機１からの高周波電力を安定化処理する高周波磁気漏洩変圧器２１にて構成された安定器２と、この安定器２からの安定化高周波電力で点灯するメタルハライドランプ等の大型放電灯３とから成っている。なお、図１は、単相のシステムを示しているが、三相の場合も同様で、各部それぞれが三相用であればよい。
【００１２】
小型ガスタービン発電機１は、小型ガスタービンにおいて、燃料タンクから供給された燃料が燃焼することでその燃焼ガスによる機械的回転を生じ、つまり、化学エネルギーを機械エネルギーに変換し、これを更に永久磁石式交流発電機により電気エネルギーに変換して、この永久磁石式交流発電機から１０００Ｈｚ〜３０００Ｈｚの正弦波の高周波電力を出力する。但し、この小型ガスタービン発電機１は従来のものをそのまま使用すればよいので、ここでは詳細な説明を省略する。この点、メタルハライドランプ等の大型放電灯３についても同様である。
【００１３】
安定器２は、図２、図３に示すように、パスコアとしてフェライト粉モールド板２３を用いた高周波磁気漏洩変圧器２１から成り、フェライトコア２２に各々独立に巻回した一次巻線２４と二次巻線２５とを適宜な間隔を隔てて配置するとともに、両巻線間に、パスコアとして、電気絶縁性合成樹脂とフェライト粉とを均一に攪拌混合して成形した透磁率の低いフェライト粉モールド板２３を配し、かつ、これをフェライトコア２２に対しギャップなく介入させて高周波磁気漏洩変圧器に形成しており、その一次巻線２４の端子間に力率改善用コンデンサ２６を接続している。なお、この力率改善用コンデンサ２６には耐久性の面で優れているメタライズドポリエステルフィルムコンデンサを用いるとよい。
【００１４】
高周波磁気漏洩変圧器２１は、漏れインダクタンス係数（漏れインダクタンス／励磁インダクタンス）が３％〜６％程度になることを目安にして製作するが、このことは、上述のようにパスコアとしてフェライト粉モールド板２３を用いることで、そのフェライト粉モールド板２３において、電気絶縁性合成樹脂とフェライト粉の混合比率を変えることにより漏洩磁束を任意に調整できて、漏洩磁束の微調整に優れ、適度な漏洩磁束を簡単にかつ的確に実現でき、容易に製作することができる。つまり、フェライト粉モールド板２３は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂等の電気絶縁性合成樹脂とフェライト粉とを重量比で１対３程度の混合比率で混合して成形すればよいが、その混合比率の具体的な選定や変更は製品の設計上製作上頗る簡単にかつ的確に行えるからであり、フェライトコア２２への介入には面倒なギャップを設ける必要がないからである。また、その成形が簡易型に流し込んで固化させるだけで容易に行えるからでもある。
【００１５】
因に、このフェライト粉モールド板２３を用いずに、同じ形状のフェライトパスコアを用いて従来型の磁気漏洩変圧器を形成すると、その漏れインダクタンス係数が７％〜１０％程度乃至それ以上になり、定常時の電圧が下がりすぎて放電灯に所定の電力を供給できないと考えられる。この磁気漏洩変圧器においてパスコアを無しにすれば、その漏れインダクタンス係数が１％〜３％程度となり、十分な安定化を図れず、定常時の電圧が上がりすぎて放電灯に必要以上の電力を送り込むことになって放電灯の寿命を著しく短くしてしまう不具合があると考えられる。フェライトパスコアを用いた上記従来型の磁気漏洩変圧器において、本体のフェライトコアに対しフェライトパスコアをギャップを隔てて介入させることも考えられるが、ギャップの設定が設計上も製作上も難しく、製品に一定の性能を確保し難い。その点、パスコアにフェライト粉モールド板２３を用いれば、それらの不都合はなく、格段に優れた電圧、電流特性を発揮させることができ、製品に一定の性能を確保できるのである。
【００１６】
ここで、本発明に係る単相の高周波電力用安定器２と、従来の単相の５０Ｈｚ／６０Ｈｚ用安定器との外形を比較してみると、従来の５０Ｈｚ／６０Ｈｚ用安定器では、横幅５００ｍｍ〜５２０ｍｍ、奥行き１４０ｍｍ〜１８０ｍｍ、高さ１６０ｍｍ〜１７６ｍｍ、重さ２８ｋｇ〜３６ｋｇ内外となっているのに対し、本発明に係る高周波電力用安定器２では、横幅１４０ｍｍ、奥行き１８０ｍｍ、高さ１４０ｍｍ、重さ６ｋｇ内外にすることができ、格段に小型軽量化できる。勿論、従来の５０Ｈｚ／６０Ｈｚ用安定器では低周波のため前述のようにパルス高電圧を発生させる始動用電子装置を必要とするが、本発明に係る高周波電力用安定器２ではその高周波電力が始動をも賄うので、そのような始動用電子装置は無用である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、高周波磁気漏洩変圧器により構成された安定器を用い、小型ガスタービン発電機からの高周波電力をその安定器で安定化処理して大型放電灯に供給するので、その安定化高周波電力により直接的に支障なく大型放電灯を点灯させることができて、従来のように一旦５０Ｈｚ／６０Ｈｚの低周波電力に変換する必要はなく、そのための複雑な周波数変換器もこれに関連する回路も必要ない。また、パルス高電圧の始動用電子装置も始動後に働く低周波電力用安定器も必要ない。そして、高周波電力用の安定器は、高周波磁気漏洩変圧器により構成された簡単なものでよいから、安定器自体を簡潔にでき、したがって、電源装置を、安定器を含めて全体的に画期的に小型軽量化でき、設置スペースを極めて小さくでき、かつ、設置作業を簡素化できて、設置の容易性、作業性を大幅に向上させることができ、装置としてもその設置においても経済性を著しく高めることができて、設備コストを格段に低減させることができる。しかも、始動用電子装置も低周波電力用安定器も用いないので、スイッチングノイズ等のノイズの発生も高調波の発生も皆無にできる。
【００１８】
加えて、大型放電灯を１０００Ｈｚ〜３０００Ｈｚ程度の高周波電力で点灯させるので、従来の５０Ｈｚ／６０Ｈｚの低周波電力により点灯させるものに比べて、光束を３０％以上に増加させることができるとともに、発光管内のプラズマを太くさせることができ、したがって、照度を大きく増加させることができて、エネルギー効率を大きく高めることができる。
【００１９】
更に、その高周波磁気漏洩変圧器は、フェライトコアに所要間隔を隔てて配置した一次巻線と二次巻線との間に、電気絶縁性合成樹脂とフェライト粉とを混合して成形した透磁率の低いフェライト粉モールド板をパスコアとして配することにより、そのフェライト粉モールド板において、電気絶縁性合成樹脂とフェライト粉の混合比率を変えることだけで漏洩磁束を任意に調整できて、漏洩磁束の微調整に優れ、適度な漏洩磁束を簡単にかつ的確に実現でき、また、その成形が簡易型に流し込んで固化させるだけで容易に行えて、所要の高周波磁気漏洩変圧器を極めて簡単に、容易に、小型軽量に、的確にかつ廉価に設計、製作でき、したがって、上述のような格段に優れた高周波電力用の安定器を無理なく得ることができ、もって、上述のような画期的な大型放電灯照明システムを支障なく具現化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の小型ガスタービン発電機を用いた大型放電灯照明システムに係る実施の形態を示すシステム構成図である。
【図２】同実施の形態における安定器用の高周波磁気漏洩変圧器を示す側面図である。
【図３】図２のＡ―Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１…小型ガスタービン発電機
２…安定器
３…大型放電灯
２１…高周波磁気漏洩変圧器
２２…フェライトコア
２３…フェライト粉モールド板
２４…一次巻線
２５…二次巻線
２６…力率改善用コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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