(57)【要約】【課題】鉄損によるエネルギー浪費を防止する。変圧装置の性能を充分に引き出し、効率良く使用し、ひいては装置の小形化・低価格化を得る。【解決手段】  高圧線と３相トランスの1次側巻線との間に接続された第1と第2のスイッチが、エンジンにより発電機が駆動されているときは、高圧線と３相トランスの1次側巻線との間に接続された第1と第2のスイッチがオフされ、鉄損をなくし、ファン２２でトランス１６を強制冷却できる。【選択図】      図１
2005130557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧線と３相トランスの1次側巻線との間に接続された第1のスイッチと、
前記３相トランスの2次側の低圧出力が一方の端子に供給される第2のスイッチと、
前記第2のスイッチの他方の端子に接続され、前記３相トランスの2次側の低圧出力を取り出すための第1の出力端子と
前記第２のスイッチの他方の端子に1次側巻線が接続され前記低圧出力を単相化して2次側の第2の出力端子に出力する単相トランスと、
エンジンと、
前記エンジンにより駆動される発電機と、
前記発電機の発電出力端子と前記第1の出力端子との間に接続された第3のスイッチと、
前記発電機及び第1、第2及び第3のスイッチを制御し、前記発電機による発電時には、前記第1、第2のスイッチをオフ、前記第3のスイッチをオンする制御盤と、
を有することを特徴とする発電・変圧一体化装置。
【請求項２】
ボックスタイプの格納室と、
前記格納室の床に設置され、1次側巻線が高圧線に接続された３相トランスと、
前記格納室の床に設置され、前記３相トランスの2次側の低圧出力を単相化して2次側に出力する単相トランスと、
前記格納室の床に設置されたエンジンと、
前記格納室の床に設置され、前記エンジンにより駆動される発電機と、
前記3相トランス、前記単相トランスの設置されている床に設けられた吸気孔と、
前記エンジンの冷却用ファンの前方に位置する前記格納室の壁に設けられた排気孔と、
を有し、前記3相トランス、前記単相トランスが強制的に空冷されるようにしたことを特徴とする発電・変圧一体化装置。
【請求項３】
前記吸気孔の近傍には、トランスを冷却するファンが取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の発電・変圧一体化装置。
【請求項４】
ボックスタイプの格納室と、
前記格納室の床に設置された３相トランスと、
高圧線と前記３相トランスの1次側巻線との間に接続された第1のスイッチと、
前記格納室の床に設置された単相トランスと、
前記３相トランスの2次側の低圧出力が一方の端子に供給される第2のスイッチと、
前記第2のスイッチの他方の端子に接続され、前記３相トランスの2次側の低圧出力を取り出すための第1の出力端子と
前記格納室の床に設置され、前記第２のスイッチの他方の端子に1次側巻線が接続され前記低圧出力を単相化して2次側の第2の出力端子に出力する単相トランスと、
前記格納室の床に設置されたエンジンと、
前記格納室の床に設置され、前記エンジンにより駆動される発電機と、
前記発電機の発電出力端子と前記第1の出力端子との間に接続された第3のスイッチと、
前記発電機及び第1、第2及び第3のスイッチを制御し、前記発電機による発電時には、前記第1、第2のスイッチをオフ、前記第3のスイッチをオンする制御盤と、
前記3相トランス、前記単相トランスの設置されている床に設けられた吸気孔と、
前記エンジンの冷却用ファンの前方に位置する前記格納室の壁に設けられた排気孔と、
を有し、前記3相トランス、前記単相トランスが強制的に空冷されるようにしたことを特徴とする発電・変圧一体化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置と変圧装置を一体化した、発電・変圧一体化装置に関するものであり、経費及び資源消費の低減化・エネルギーの高効率化・環境保全の信頼性を得られるように工夫されたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、大きな病院、商店、工場、スーパーマーケット等のように、比較的大きな電力を必要とする施設は、キュービクルと呼ばれる変圧装置を備えている。変圧装置は、例えば６６００Vの高電圧を、２００Vと１００Vに減圧して、この減圧された電圧を施設の動力モータ用配線、電燈用配線に供給している。
【０００３】
一方では、電力を自力でまかなうための発電装置が開発されている。発電装置は、エンジンとこのエンジンで駆動される発電機を有する。しかしながら、発電装置が装備されたとしても、変圧装置が不要となるわけではない。発電装置と変圧装置とは、併用されるもので、いずれか一方が動作しているときは他方は非動作状態にして、利用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した発電装置と変圧装置とは併用される。発電装置が使用されているときは、変圧装置の出力端子と負荷との間は、オフされる。そして負荷に対しては、発電装置の出力端子が接続される。
【０００５】
しかしながら、変圧装置の1次側は、高圧線に接続されたままである。このことは、変圧装置が無負荷状態（使用していない状態）であっても鉄損が生じている、つまりエネルギー浪費が生じていることである。
【０００６】
例えば、契約電力３００ｋｗの施設（老人ホーム）があったとする。そして設備容量が１２００KVAであるとする。また単相トランスと、３相トランスの鉄損が、ぞれぞれ１KVA当たり４．０W、５．０Wとし、単相トランス、3相トランスが混合してほぼ同数使用されるとすると、鉄損は、平均４．５Wとみることができる。
【０００７】
上記の老人ホームの場合、鉄損が、１２００KVA  ×  ４．５W  ＝  ５．４ｋｗとなる。これを年間の消費電力に換算すると、５．４ｋｗ  ×  8,760時間＝４７，３０４ｋｗｈとなる。このように１つの施設においても、エネルギー浪費が非常に大きな値となるために、国内の全体規模で捉えると、多大なエネルギー浪費が行われていることになる。
【０００８】
また、変圧装置は、トランスの定格で使用するのが効率が良い。しかしながら、通常は６０％程度の負荷配分となるように使用される。なぜならば、設計者はトランスの温度上昇を見込んで設計するからである。もし、過負荷に設計すると、トランスの油温が上り、ついには油が沸騰し、トランスが爆発する危険があるからである。このことは、変圧装置は、充分な効率で使用されていないことを意味する。
【０００９】
そこでこの発明は、鉄損によるエネルギー浪費を防止することができる発電・変圧一体化装置を提供することを目的とする。またこの発明は、変圧装置の性能を充分に引き出し、効率良く使用し、ひいては装置の小形化・低価格化を得ることができる発電・変圧一体化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の一実施の形態は、上記の課題を解決するために、高圧線と３相トランスの1次側巻線との間に接続された第1のスイッチと、前記３相トランスの2次側の低圧出力が一方の端子に供給される第2のスイッチと、前記第2のスイッチの他方の端子に接続され、前記３相トランスの2次側の低圧出力を取り出すための第1の出力端子と、前記第２のスイッチの他方の端子に1次側巻線が接続され前記低圧出力を単相化して2次側の第2の出力端子に出力する単相トランスと、エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機と、前記発電機の発電出力端子と前記第1の出力端子との間に接続された第3のスイッチと、前記発電機及び第1、第2及び第3のスイッチを制御し、前記発電機による発電時には、前記第1、第2のスイッチをオフ、前記第3のスイッチをオンする制御盤とを有する。
【００１１】
またこの発明は、格納室と、前記格納室の床に設置され、1次側巻線が高圧線に接続された３相トランスと、前記格納室の床に設置され、前記３相トランスの2次側の低圧出力から2次側に出力する単相トランスと、前記格納室の床に設置されたエンジンと、前記格納室の床に設置され、前記エンジンにより駆動される発電機と、前記3相トランス、前記単相トランスの設置されている床に設けられた吸気孔と、前記エンジンの冷却用ファンの前方に位置する前記格納室の壁に設けられた排出孔とを有し、前記3相トランス、前記単相トランスが強制的に空冷されるようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、装置の省エネルギー化、価格低減化、維持費用低減化を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、この発明に係る発電・変圧一体化装置の電気的系統を示している。高圧送電線より導入された引込み線１１は、スイッチ１２を介して3相トランス１３の1次側端子に接続される。３相トランス１３の2次側から導出された低圧（例えば２００V）は、スイッチ14を介した後、第1の出力端子１５に接続されるとともに、単相トランス（スコットトランス）１６の1次側端子に接続される。単相トランス１６は、３相２００Vを単相２００−１００Vの電圧に変換するもので、その2次側の第2の出力端子１７に減圧した出力を導出する。第1の出力端子１５から導出された電圧は、主にモータなどの動力用として使用され、第2の出力端子１７から導出された電圧は、主に電燈用として使用される。
【００１４】
本発明では、上記のキュービクルに対して、さらに発電装置が一体化されている。即ち、エンジン２１が設けられる。エンジン２１は、空冷用のファン２２を有する。エンジン２１は、例えば特Ａ重油を燃料として用いる。エンジン２１は、発電機23を駆動する。発電機２３で発電された電力（２００V）は、スイッチ２４を介して端子１５に導かれる。
【００１５】
一方、３０は、システムコントロール盤である。このコントロール盤３０は、主に発電装置と、変圧装置との切り替えを行うものである。本発明では、発電装置が主導で使用され、変圧装置は例えば夜間に使用される。勿論発電装置が、点検、修理されるときは変圧装置の動作状態に切り替えられる。発電装置が動作状態とされるときは、コントロール盤３０の出力が、スイッチ２４をオン、スイッチ１２、１４をオフする。逆に変圧装置が動作状態とされるときは、コントロール盤３０の出力が、スイッチ２４がオフ、スイッチ１２、１４をオンする。
【００１６】
ここで、発電装置が動作しているときの全体状況をみると、以下のような機能を発揮している。即ち、スイッチ１２、１４がオフであることから、３相トランス１３の1次側には電流が流れないことになる。このことは、従来問題視した1次側の鉄損（無負荷損）が生じないことである。つまり、本発明の装置を用いるとエネルギー浪費が低減されることを意味する。
【００１７】
一方、単相トランス１６は３相２００Vを単相２００V−１００Vに変換している。ここで、本発明の装置では、エンジン２１の回転にともなうファン２２の空気流を有効に利用し、単相トランス１６を強制的に冷却することができる。この結果、単相トランス１６の温度上昇が抑制されることになる。このことは、単相トランス１６を定格近くで使用することが可能となり、使用効率を上げることができる。従来は、６０％程度の負荷配分となるように使用される。これは、１００％近くの負荷に設計すると、トランスの油温が上り、ついには油が沸騰し、トランスが爆発する危険があるからである。しかし、本発明のように強制的に冷却流を作り、冷却効果を上げると、温度上昇が抑制される。結果的にトランスの利用効率を上げることができる。
【００１８】
トランスのJISでは、油の上昇温度を５０℃、最高周囲温度を４０℃とし、合計９０℃が最大温度であるとされている。さらにJISでは、トランス油が冷えているときは、全体で温度上昇が５０℃までは１５０％の過負荷まで許容できるとされている。
【００１９】
本発明の装置では、従来の自然冷却から強制空冷にしており、温度上昇を半減させることができる。油の上昇温度を従来であれば５０℃であったのを２５℃に抑制することができる。すると全体としては従来は９０℃まで達する状態であったのを６５℃に押さえることができる。この結果、全体として温度上昇を抑制することができ、トランスの利用効率を上げることができる。つまり、トランスの負荷を従来よりも大きくできることになる。
【００２０】
図２には、この発明の装置の概略的な構造を示している。１００は、格納ボックス（格納室）であり、屋根１０１は、側壁１０２、１０３により支えられている。また１０４は床である。部屋２０１には変圧装置が内蔵され、部屋２０２には発電装置が内蔵されている。１０５は仕切り壁である。
【００２１】
部屋２０１の床上には、３相トランス１３、単相トランス１６が設置されている。そして３相トランス１３、単相トランス１６の下部には、それぞれ床に吸気孔A1,A2が形成されている。また天井板は通気可能であり、天井裏の空間部は、隣の部屋２０２と繋がっている。部屋２０２の天井板も通気可能である。ここで部屋２０２の床上には、エンジン２１、発電機２３が設置されている。エンジン２１のファン２２は、壁１０３の排気孔B１に向いている。
【００２２】
エンジン２１が運転されているときは、ファン２２が回転し、部屋２０２の空気が排気孔B１を介して排出される。このために、部屋２０１には、吸気孔A1,A2を介して、床下から冷気が吸入される。これによりトランス１３、１６が強制空冷される。部屋２０１の空気は、天井裏を通り部屋２０２、排気孔B１を介して放出される。
【００２３】
スイッチ１２、スイッチ１４、スイッチ２４及び端子１７、１５等は、配電盤に設けられて配置されている。
【００２４】
上記した本発明装置には、さらに床１０４の下側で、吸気孔A1,A2の部分に、冷却用ファン３０１、３０２を設けても良い。この冷却用ファン３０１、３０２は、変圧装置が運転状態のときに動作し、トランスを冷却するものである。このときのファンモータの電源はトランスより導かれるようになっている。
【００２５】
上述した本発明の発電・変圧一体化装置によると、１）省エネルギー、維持費用を低減することができる。これは、発電装置が動作しているときはスイッチ１２、１４がオフされる。このためにトランス１３の鉄損が従来に比べて、７０％〜９０％減少する。このことは、エネルギー浪費を無くすことであり、全国規模で試算すれば、多大なエネルギー削減に繋がる。当然このことはユーザ側にとっては、維持費用の低減、電気料金の支払額の低減となる。２）本発明の装置は、発電装置、変圧装置が一体化している。発電装置、変圧装置が関連性なく独立したものとして別々に構築されるのに比べて、本発明の思想であると工事費が低減（少なくとも３０％程度の低減）、保安管理費の低減になる。３）さらにまた、キュービクルが小形化し、発電装置、変圧装置の一体化で、メンテナンススペースも小さくて済む。４）発電装置、変圧装置の一体化で、別々の基礎工事に比べて、設置時の基礎工事も一体化でき、短期納期、少経費でよい。５）またファン３０１，３０２を運転することで、トランスの安全性も信頼性がある。６）また、常に空気流があり、結露、埃の付着などが生じにくいために、経年劣化し難く、長寿命化が得られる。
【００２６】
次に、ＣＯ２排出量について検討する。上記したように３相トランスは、本発明によるとスイッチ１２、１４があるために非動作のときは1次側の鉄損分の電流が流れなくなく。従来はこの鉄損を生じる電流が流れていたので、常時、発電所は高圧線を介して電力供給を行っていたことになる。この無用の電力供給は、日本全国規模で見ると、莫大であり、そのための燃料（重油）消費（火力発電の場合）がある。この燃料消費量は、当然ＣＯ２  排出量に繋がる。また、発電所から遠方に電力を供給するのであるから、送電ロスの分も、燃料消費量に加算されることになる。日本全体でみると、年間のＣＯ２  排出量が１０００万トン以上にもなる。しかしこのような無用な消耗が、本発明が採用されることで、大幅に低減できるものであり、ＣＯ２  排出量も大きく低減されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態における電気系統を示す説明図。
【図２】本発明の一実施の形態における構造的なブロック構成を示す説明図。
【符号の説明】
【００２８】
１２，１４，２４…スイッチ、１３…３相トランス、１６…単相（スコット）トランス、２１…エンジン、２２…ファン、２３…発電機、３０…コントロール盤。
【図１】
2005130557.tif 000003
【図２】
2005130557.tif 000004