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公開番号2021058077
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2020076986
出願日20200423
発明の名称配電システム、自家消費型の発電プラント、変圧器、及び、制御ボックス
出願人株式会社Wave Energy
代理人個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】パワーコンディショナと変圧器の3方向側等をシステム外部へ開放などして、「部材冷却性の向上」と「部材数の低減」の両立等を実現する。
【解決手段】システム外部からの電流を交流電流に変換するパワーコンディショナ2と、パワーコンディショナ2からの交流電流を変圧する変圧器3を有した配電システム1は、平面視でパワーコンディショナ2と変圧器3の少なくとも3方向側がシステム外部へ開放されたり、パワーコンディショナ2等の制御部4を内蔵したキャビネット5の長手方向Lは平面視でパワーコンディショナ2の長手方向L’と略平行であったり、パワーコンディショナ2と変圧器3は上下に並んで配置されたり、遮断器Wが変圧器3の鉄心3X及びコイル3Yと同一のカバー体3Q内に配置等されたり、配電システム1と系統K及び負荷Fに接続された接続部22を有した発電プラント21は、配電システム1を介して発電部26が負荷Fに接続される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
システム外部からの直流電流又は交流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナ(2)と、このパワーコンディショナ(2)からの交流電流を変圧する変圧器(3)を有した配電システムであって、
平面視において、前記パワーコンディショナ(2)及び変圧器(3)の少なくとも3方向側が、システム外部へ開放されていることを特徴とする配電システム。
続きを表示(約 1,500 文字)【請求項2】
少なくとも前記パワーコンディショナ(2)を制御する制御部(4)を内蔵したキャビネット(5)を有し、
平面視において、少なくとも前記キャビネット(5)及びパワーコンディショナ(2)は長手方向を有し、
前記キャビネット(5)の長手方向は、少なくとも前記パワーコンディショナ(2)の長手方向と略平行であることを特徴とする請求項1に記載の配電システム。
【請求項3】
前記パワーコンディショナ(2)及び変圧器(3)は、上下方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の配電システム。
【請求項4】
平面視において、前記パワーコンディショナ(2)及び/又は変圧器(3)の4方向側全てが、システム外部へ開放されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の配電システム。
【請求項5】
当該配電システムは、前記変圧器(3)で変圧した交流電流を出力する変圧出力電路と、この変圧出力電路を遮断可能な遮断器を有し、
この遮断器と前記変圧器(3)の鉄心及びコイルとの間に、板状部材が配置されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の配電システム。
【請求項6】
当該配電システムは、前記変圧器(3)で変圧した交流電流を出力する変圧出力電路と、この変圧出力電路を遮断可能な遮断器を有し、
この遮断器と前記変圧器(3)の鉄心及びコイルとの間の距離が、30cm以下であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の配電システム。
【請求項7】
当該配電システムは、前記変圧器(3)で変圧した交流電流を出力する変圧出力電路と、この変圧出力電路を遮断可能な遮断器を有し、
この遮断器と前記変圧器(3)の鉄心及びコイルは、同一のカバー体の内部に配置されていることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の配電システム。
【請求項8】
システム外部からの直流電流又は交流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナ(2)と、このパワーコンディショナ(2)からの交流電流を変圧する変圧器(3)を有した配電システムであって、
当該配電システムは、前記変圧器(3)で変圧した交流電流を出力する変圧出力電路と、この変圧出力電路を遮断可能な遮断器を有し、
この遮断器と前記変圧器(3)の鉄心及びコイルは、同一のカバー体の内部に配置されていることを特徴とする配電システム。
【請求項9】
前記遮断器と前記変圧器(3)の鉄心及びコイルとの間に、遮熱板が配置されていることを特徴とする請求項7又は8に記載の配電システム。
【請求項10】
請求項1〜9の何れか1項に記載の配電システム(1)と、系統(K)及び負荷(F)にそれぞれ接続された接続部(22)を有した発電プラントであって、
前記配電システム(1)を介して、発電部(26)が、前記負荷(F)に接続されていることを特徴とする発電プラント。
【請求項11】
交流電流を変圧する変圧器であって、
当該変圧器は、その変圧器の鉄心及びコイルと導通した電路と、この電路を遮断可能な遮断器を有し、
この遮断器と当該変圧器の鉄心及びコイルは、同一のカバー体の内部に配置されていることを特徴とする変圧器。
【請求項12】
少なくとも外部のパワーコンディショナを制御する制御部(4)を内蔵したキャビネットであって、
当該キャビネットは、電路を遮断可能な遮断器を内蔵していない、又は、前記遮断器を1つだけ内蔵していることを特徴とするキャビネット。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、パワーコンディショナと変圧器を有した配電システムや、この配電システムを有した発電プラント、変圧器、及び、制御用のキャビネット(謂わば、制御ボックス)に関する。
続きを表示(約 8,200 文字)【背景技術】
【0002】
従来、配電盤が知られている(特許文献1参照)。
この配電盤は、太陽光パネルから直流電力を交流電力に変換するインバータを有したパワーコンディショナと、該パワーコンディショナから出力される交流電力を高圧交流電力に昇圧する変圧器と、該変圧器と既存の電力系統の間に配置された遮断器とを1台の配電盤に収納している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2016−103976号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に記載された配電盤は、発熱量が非常に大きい変圧器やパワーコンディショナを1台の盤の内部に収納しており、盤の内部が高温となるため、変圧器と既存の電力系統の間を隔てる遮断器等の機器が必須となり、部材数の増加などを招く問題があった。
【0005】
本発明は、このような点に鑑み、パワーコンディショナと変圧器の3方向側等をシステム外部へ開放することによって、「部材冷却性の向上」と「部材数の低減」の両立等を実現する配電システムや、発電プラント、変圧器、及び、キャビネット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】
【0006】
本発明に係る配電システム1は、システム外部からの直流電流又は交流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナ2と、このパワーコンディショナ2からの交流電流を変圧する変圧器3を有した配電システムであって、平面視において、前記パワーコンディショナ2及び変圧器3の少なくとも3方向側が、システム外部へ開放されていることを第1の特徴とする。
尚、本発明における「平面視における少なくとも3方向側」とは、配電システム1の平面視において(配電システム1を上方から視た場合において)、パワーコンディショナ2及び変圧器3を支持する部材(配電フレーム枠体6等)で支持されている部分で、当該支持する部材で支持されている側を「後側」とし、その反対側(対向する側)を「前側」とし、仮に使用者等が配電システム1等の真上に立ち且つ当該後側から前側に向いた際、その使用者の右手側にある側を「右側」とし、その使用者の左手側にある側を「左側」としたケースであって、これら「後側」、「前側」、「右側」及び「左側」の4つの側のうち、少なくとも3つの側を「平面視における少なくとも3方向側」とする。
又、キャビネット5等については、当該キャビネット5等が実際に支持する部材で支持されている側が何れの側かに関わらず、仮に使用者等がパワーコンディショナ2及び変圧器3の真上に立ち且つその後側から前側に向いた際、その使用者等を基準に、パワーコンディショナ2及び変圧器3と同様に、キャビネット5等の「後側」、「前側」、「右側」及び「左側」が決まる。
更に、パワーコンディショナ2及び変圧器3の「後側」、「前側」、「右側」及び「左側」は、必ずしも平面(平ら)でなくとも良く、曲面があったり、凹凸があったり、パワーコンディショナ2及び変圧器3等の平面視形状が略円形状や略楕円形状などでも良いが、この場合も上述したように、仮に使用者等がパワーコンディショナ2及び変圧器3の真上に立ち且つその後側から前側に向いた際、その使用者等を基準にして、パワーコンディショナ2及び変圧器3等の「後側」、「前側」、「右側」及び「左側」が決まる。
【0007】
本発明に係る配電システム1の第2の特徴は、上記第1の特徴に加えて、少なくとも前記パワーコンディショナ2を制御する制御部4を内蔵したキャビネット5を有し、平面視において、少なくとも前記キャビネット5及びパワーコンディショナ2は長手方向を有し、前記キャビネット5の長手方向は、少なくとも前記パワーコンディショナ2の長手方向と略平行である点にある。
【0008】
本発明に係る配電システム1の第3の特徴は、上記第1又は2の特徴に加えて、前記パワーコンディショナ2及び変圧器3は、上下方向に並んで配置されている点にある。
【0009】
本発明に係る配電システム1の第4の特徴は、上記第1〜3の特徴に加えて、平面視において、前記パワーコンディショナ2及び/又は変圧器3の4方向側全てが、システム外部へ開放されている点にある。
【0010】
本発明に係る配電システム1の第5の特徴は、上記第1〜4の特徴に加えて、当該配電システムは、前記変圧器3で変圧した交流電流を出力する変圧出力電路と、この変圧出力電路を遮断可能な遮断器を有し、この遮断器と前記変圧器3の鉄心及びコイルとの間に、板状部材が配置されている点にある。
【0011】
本発明に係る配電システム1の第6の特徴は、上記第1〜5の特徴に加えて、当該配電システムは、前記変圧器3で変圧した交流電流を出力する変圧出力電路と、この変圧出力電路を遮断可能な遮断器を有し、この遮断器と前記変圧器3の鉄心及びコイルとの間の距離が、30cm以下である点にある。
【0012】
本発明に係る配電システム1の第7の特徴は、上記第1〜6の特徴に加えて、当該配電システムは、前記変圧器3で変圧した交流電流を出力する変圧出力電路と、この変圧出力電路を遮断可能な遮断器を有し、この遮断器と前記変圧器3の鉄心及びコイルは、同一のカバー体の内部に配置されている点にある。
【0013】
本発明に係る配電システム1の第8の特徴は、システム外部からの直流電流又は交流電流を交流電流に変換するパワーコンディショナ2と、このパワーコンディショナ2からの交流電流を変圧する変圧器3を有した配電システムであって、当該配電システムは、前記変圧器3で変圧した交流電流を出力する変圧出力電路と、この変圧出力電路を遮断可能な遮断器を有し、この遮断器と前記変圧器3の鉄心及びコイルは、同一のカバー体の内部に配置されている点にある。
本発明に係る配電システム1の第9の特徴は、上記第7又は8の特徴に加えて、前記遮断器と前記変圧器3の鉄心及びコイルとの間に、遮熱板が配置されている点にある。
【0014】
これらの特徴により、平面視において、パワーコンディショナ2及び変圧器3の3方向側等をシステム外部へ開放することによって、特許文献1とは異なり、そもそもパワーコンディショナ2や変圧器3を内蔵する盤そのものがなく、その部材の大半をシステム外に開放しているため、当然、熱が籠り難いと同時に、特許文献1のような遮断器等の機器が不要となる分だけ、部材数が低減できる(「部材冷却性の向上」と「部品数の低減」の両立)。
【0015】
又、パワーコンディショナ2等の制御部4を内蔵したキャビネット5の長手方向Lを、平面視でパワーコンディショナ2等の長手方向L’と略平行にすることによって、配電システム1全体形状の前後長さが短くなり(つまり、薄型となり)、工場やオフィス、店舗等の建物の壁面等に配電システム1の後面を付けたり、壁面等に沿わせれば、当該壁面等からのせり出しが抑制され、通行等の妨害になり難い(「通行等の妨害抑制」)。
これと同時に、薄型の配電システム1においては、露出する前面が広くなり、メンテナンスし易いとも言える(「メンテナンス性の向上」)。
【0016】
更に、パワーコンディショナ2及び変圧器3を、上下方向に並べて配置することによって、配電システム1が占有する平面スペースが減り、更なる「通行等の妨害抑制」が図れる。
これと同時に、発熱量の大きいパワーコンディショナ2及び変圧器3の側面部分の4方向側を同時に開放し易くなるとも言える。
【0017】
そして、平面視において、パワーコンディショナ2や変圧器3の4方向側全てを、システム外部へ開放することによって、更なる「部材冷却性の向上」を図れる。
尚、本発明における「4方向側全てを、システム外部へ開放する」とは、パワーコンディショナ2や変圧器3等を支持する部材を、配電フレーム枠体6等にすることで、パワーコンディショナ2や変圧器3等における配電フレーム枠体6等に取り付けられた方向の面も、配電フレーム枠体6等の間から、システム外部へ開放することができると言える。
【0018】
その他、変圧器3で変圧した交流電流を出力する変圧出力電路V(後述する変圧出力電路3eや、分岐電路25など)を遮断可能な遮断器W(後述する配線用遮断器25’や、制御部用遮断器35等であり、謂わば、変圧出力遮断機W)と、変圧器3の鉄心(コア)及びコイルとの間に板状部材P(変圧出力遮断器Wを内部に設けたキャビネット(箱体)5自体や、キャビネット5を構成する板状部材、変圧器3のカバー体3Q自体や、カバー体3Qを構成する板状部材、後述する遮熱板3gや取付板3hなどであって、謂わば、中間板状部材P)を配置したり、変圧出力遮断器Wと変圧器3の鉄心及びコイルとの間の距離(謂わば、遮断機−鉄心・コイル距離)αを30cm以下としたり、変圧出力遮断器Wと変圧器3の鉄心及びコイルを同一のカバー体3Q(後述する変圧筒体3aや上蓋3c、ベース3fなど)の内部に配置することによって、配電システム1における各装置が繋ぎ易くなり、配線の簡素化やコスト低減などが図れるとも言える。特に、変圧出力遮断器Wを、表面が高温となり易い鉄心及びコイルと同一のカバー体3Qの内部に、敢えて配置した場合には、変圧器3のコイルからの変圧出力電路V(例えば、後述する鉄心・コイル−遮断器ケーブルV’など)を、接続プラグや絶縁物で覆う等が不要となり、直接的に変圧出力遮断器Wに導通させることが可能となるため、変圧器3のコイルと変圧出力遮断器Wとの間が繋ぎ易くなり、当然、配線が簡素となると共に、接続プラグや絶縁物で覆う等の必要がない分だけ、よりコストが低減し、又、変圧器3のカバー体3Qの外部に変圧出力遮断器Wがない分だけ、配電システム1全体としての省スペース化も図れるとも言える。
その他、変圧出力遮断器Wと変圧器3の鉄心及びコイルとの間に、遮熱板3gが配置されていても良く、この場合、変圧出力遮断器W、変圧器3の鉄心及びコイルと同一のカバー体3Qの内部に配置されたり、遮断機−鉄心・コイル距離αが30cm以下等であっても、変圧出力遮断器Wへの影響を低減できると言える。
【0019】
本発明に係る発電プラント21は、上述した配電システム1と、系統K及び負荷Fにそれぞれ接続された接続部22を有した発電プラントであって、前記配電システム1を介して、発電部26が、前記負荷Fに接続されていることを第1の特徴とする。
【0020】
この特徴により、発電プラント21において、配電システム1を介して、発電部26を負荷Fに接続させることによって、発電部26からの発電力をすぐに負荷Fに供給でき、ロスが低減される。
尚、このような発電プラント21は、当該プラント21の使用者が発電した電力を自ら消費するのに適した「自家消費型の発電プラント」であるとも言える。
【0021】
本発明に係る変圧器3は、交流電流を変圧する変圧器であって、当該変圧器は、その変圧器の鉄心及びコイルと導通した電路と、この電路と、この変圧出力電路を遮断可能な遮断器を有し、この遮断器と当該変圧器の鉄心及びコイルは、同一のカバー体の内部に配置されていることを第1の特徴とする。
【0022】
この特徴により、変圧器3の鉄心3X及びコイル3Yと導通した電路(後述する変圧出力電路3eや、分岐電路25などの変圧器3で変圧した交流電流を出力する変圧出力電路V)を遮断可能な遮断器W(後述する配線用遮断器25’や、制御部用遮断器35など)と、変圧器3の鉄心3X及びコイル3Yを、同一のカバー体3Q(後述する変圧筒体3aや上蓋3c、ベース3fなど)の内部に配置することによって、配電システム1や発電プラント21に用いた際、各装置が繋ぎ易くなり、配線の簡素化やコスト低減などが図れるとも言える。
尚、このような変圧器3は、当該変圧器3の使用者が発電した電力を自ら消費するのに適した「自家消費型の変圧器」であるとも言える。
【0023】
本発明に係るキャビネット5は、少なくとも外部のパワーコンディショナを制御する制御部4を内蔵したキャビネットであって、当該キャビネットは、電路を遮断可能な遮断器を内蔵していない、又は、前記遮断器を1つだけ内蔵していることを第1の特徴とする。
【0024】
この特徴により、キャビネット5に内蔵され且つ電路を遮断可能な遮断器の個数を、0個としたり、1つだけ(例えば、後述する制御部用遮断器35等だけ)とすることによっても、配電システム1や発電プラント21に用いた際、各装置が繋ぎ易くなり、配線の簡素化やコスト低減などが図れると共に、キャビネット5自体の小型化も可能となるとも言える。
尚、このようなキャビネット5は、上述した制御部4を内蔵したキャビネット(ボックス)であると言え、又、当該キャビネット5の使用者が発電した電力を自ら消費するのに適した「自家消費型の制御ボックス(制御用キャビネット)」であるとも言える。
【発明の効果】
【0025】
本発明に係る配電システムや、発電プラント、変圧器、及び、キャビネットによると、パワーコンディショナと変圧器の3方向側等をシステム外部へ開放することによって、「部材冷却性の向上」と「部材数の低減」の両立等を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
本発明の第1実施形態に係る配電システム(屋根材を外した状態)を示す平面図である。
第1実施形態に係る配電システムを示す正面図である。
第1実施形態に係る配電システムを示す右側面図である。
第1実施形態に係る配電システムを示す左側面図である。
第1実施形態に係る配電システムに用いられたキャビネットの平面透視図である。
第1実施形態のキャビネット(開閉扉を外した状態)の正面透視図である。
第1実施形態のキャビネットの右側面透視図である。
第1実施形態のキャビネットの左側面透視図である。
本発明の第2実施形態に係る配電システム(一体式)と、このシステムに用いられた本発明に係る変圧器、及び、本発明に係るキャビネットを例示する図面代用写真である。
(a)は第2実施形態に係る配電システム(キャビネットを外した状態)と、このシステムに用いられた本発明に係る変圧器を示す斜視図であり、(b)は本発明に係る変圧器の内部を示す斜視透視図であり、(c)は本発明に係る変圧器の鉄心及びコイル等の表面温度分布を示すシミュレーション斜視図であり、(d)は本発明に係る変圧器の内部における温度分布を示すシミュレーション断面図である。
(a)は本発明に係る変圧器や開口状況を示す斜視透視図であり、(b)は本発明に係る変圧器におけるカバー体の上部(上蓋周辺)を示す斜視透視図であり、(c)は本発明に係る変圧器におけるカバー体の下部(ベース周辺)を示す斜視図である。
(a)は第2実施形態に係る配電システム(キャビネットを外した状態)と、このシステムに用いられた本発明に係る変圧器の内部における温度分布を示すシミュレーション断面図であり、(b)は本発明に係る変圧器における風速ベクトル分布を示すシミュレーション平断面図であり、(c)は本発明に係る変圧器における風速ベクトル分布を示すシミュレーション側断面図である。
本発明に係る変圧器のカバー体、及び、このカバー体の内部における遮断器(変圧出力遮断器)と板状部材(遮熱板、取付板などの中間板状部材)のシミュレーション表面温度分布図と、本発明に係る変圧器のカバー体の内部における遮断器と板状部材と鉄心及びコイル等との位置関係などを示し、(a)は遮断器と遮熱板との距離が3.5cm等の場合を示し、(b)は(a)の場合より遮熱板と鉄心及びコイル等とを5cm離した等の場合を示し、(c)は(b)の場合より遮断器と取付板とを1cm離した等の場合を示す。
本発明に係るキャビネットの外観と概要を例示する図面代用写真である。
本発明に係るキャビネットの内部を例示する図面代用写真である。
本発明の第3実施形態に係る配電システム(分割式)を例示する図面代用写真であって、このシステムには、本発明に係る変圧器、及び、本発明に係るキャビネットが含まれている状態を示す。
本発明の第1実施形態に係る発電プラントを示す概要図である。
第1実施形態に係る発電プラント(第1実施形態に係る配電システムを用いた状態)を示す回路図である。
本発明の第2実施形態に係る発電プラントを示す概要図である。
第2実施形態に係る発電プラントを示す回路図(第2実施形態に係る配電システムを用いた状態)である。
本発明の第3実施形態に係る発電プラントを示す概要図である。
第3実施形態に係る発電プラントを示す回路図(第1実施形態に係る配電システムを用いた状態)である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
<第1実施形態の配電システム1の全体構成>
図1〜8、17〜22には、本発明の第1実施形態に係る配電システム1が示されている。
この配電システム1は、後述するパワーコンディショナ2と、変圧器3を有している。
配電システム1は、これらのパワーコンディショナ2や変圧器3等を支持する部材(後述する配電フレーム枠体6等)も有している。
【0028】
配電システム1は、後述する制御部4や、キャビネット5を有したり、電機器11を有していても良い。
配電システム1では、配電フレーム枠体6等の支持する部材に対して、パワーコンディショナ2と変圧器3が取り付けられ、後述するキャビネット5に内蔵された制御部4や電機器11等が設けられていても良い。
【0029】
配電システム1は、前後長さ(奥行)の値を小さくしても(薄型としても)良く、このような配電システム1の具体的な前後長さの値は、特に制限はないが、例えば、300mm以上1500mm以下であっても良く、好ましくは400mm以上1200mm以下、更に好ましくは500mm以上1000mm以下(700mmなど)であっても良い。
更に、配電システム1(配電フレーム枠体6等)の裏面側を略面一にしている等のため、裏面側にスペースが不要となり、工場や建物の壁面(外壁等)に極力近づけて設置することが出来ると言える。
【0030】
又、配電システム1は、上下長さ(高さ)を低位としても良く、このような配電システム1の具体的な上下長さは、特に制限はないが、例えば、2500mm以下(900mm以上2500mm以下)であっても良く、好ましくは2300mm以下(900mm以上2300mm以下)、更に好ましくは2100mm以下(1200mm以上2100mm以下、1980mmなど)であっても良い。
配電システム1は、1つの太陽光発電装置23’(の太陽電池26’の下方等)に、複数の配電システム1が分散して設けられていても構わない。
(【0031】以降は省略されています)

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