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公開番号2021103906
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210715
出願番号2019233312
出願日20191224
発明の名称熱発電システム及び電力供給方法
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人個人,個人
主分類H02J 3/38 20060101AFI20210618BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】連系点における電圧の過上昇を回避しつつ、できる限り多くの電力を商用電源に供給するための技術を提供する。
【解決手段】本開示の熱発電システム100は、単一の熱源4から熱を回収する少なくとも1つの熱交換器2と、複数の出力線13a及び13bを有し、少なくとも1つの熱交換器によって回収された熱を電力に変換する少なくとも1つの熱電変換装置3と、を備えている。少なくとも1つの熱電変換装置3の複数の出力線13a及び13bは、商用電源8における互いに異なる複数の連系点P1及びP2に接続されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
単一の熱源から熱を回収する少なくとも1つの熱交換器と、
複数の出力線を有し、前記少なくとも1つの熱交換器によって回収された熱を電力に変換する少なくとも1つの熱電変換装置と、
を備え、
前記少なくとも1つの熱電変換装置の前記複数の出力線は、商用電源における互いに異なる複数の連系点に接続されている、
熱発電システム。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
前記互いに異なる複数の連系点は、複数の変圧器に接続された複数の低圧配電線路における複数の連系点である、
請求項1に記載の熱発電システム。
【請求項3】
前記互いに異なる複数の連系点の少なくとも1つは、変圧器に接続された低圧配電線路の始端部又は末端部に存在する、
請求項1又は2に記載の熱発電システム。
【請求項4】
前記複数の出力線における出力電力の少なくとも1つを調節する制御を行う制御器をさらに備えた、
請求項1から3のいずれか1項に記載の熱発電システム。
【請求項5】
前記制御器は、前記互いに異なる複数の連系点における電圧の少なくとも1つに応じて前記制御を行う、
請求項4に記載の熱発電システム。
【請求項6】
前記複数の出力線が第1出力線及び第2出力線を含み、
前記制御器は、前記制御として、前記第1出力線における出力電力に対する前記第2出力線における出力電力の比率を変更する、
請求項4又は5に記載の熱発電システム。
【請求項7】
前記制御器は、前記複数の出力線における出力電力の少なくとも1つの上限値を変更する、
請求項4から6のいずれか1項に記載の熱発電システム。
【請求項8】
前記少なくとも1つの熱電変換装置は、第1熱電変換装置及び第2熱電変換装置を含み、
前記複数の出力線は、前記第1熱電変換装置の出力線である第1出力線及び前記第2熱電変換装置の出力線である第2出力線を含む、
請求項1から7のいずれか1項に記載の熱発電システム。
【請求項9】
前記少なくとも1つの熱交換器は、第1熱交換器及び第2熱交換器を含み、
前記第1熱交換器は、前記単一の熱源に接続された熱流路における上流の位置に配置され、
前記第2熱交換器は、前記熱流路における下流の位置に配置されている、
請求項1から8のいずれか1項に記載の熱発電システム。
【請求項10】
前記少なくとも1つの熱電変換装置は、単一の直流配線と、前記単一の直流配線に接続された第1インバータと、前記単一の直流配線に接続された第2インバータと、を含み、
前記複数の出力線は、前記第1インバータの出力線及び前記第2インバータの出力線を
含む、
請求項1から7のいずれか1項に記載の熱発電システム。
【請求項11】
前記第1インバータは、前記第1インバータの出力線における出力電力が目標値に収斂するように制御され、
前記第2インバータは、前記単一の直流配線における直流電流が目標値に収斂するように制御される、
請求項10に記載の熱発電システム。
【請求項12】
単一の熱源から熱を回収することと、
回収した熱を電力に変換することと、
複数の出力線を通じて、生成された電力を商用電源の互いに異なる複数の連系点に供給することと、
を含む、電力供給方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、熱発電システム及び電力供給方法に関する。
続きを表示(約 4,800 文字)【背景技術】
【0002】
従来、太陽光発電システム、熱発電システムなどの分散型電源を商用電源に連系させることが行われている。
【0003】
特許文献1は、熱エネルギーを電力に変換する発電装置において、インバータから商用系統への出力交流電流を調節することによって、直流電力線における直流電圧を所定の電圧に維持することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特許第4889956号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
分散型電源を商用電源に連系させるとき、連系点における電圧の過上昇を回避すること、及び、できる限り多くの電力を商用電源に供給することが重要である。
【0006】
本開示は、連系点における電圧の過上昇を回避しつつ、できる限り多くの電力を商用電源に供給するための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示における熱発電システムは、
単一の熱源から熱を回収する少なくとも1つの熱交換器と、
複数の出力線を有し、前記少なくとも1つの熱交換器によって回収された熱を電力に変換する少なくとも1つの熱電変換装置と、
を備え、
前記少なくとも1つの熱電変換装置の前記複数の出力線は、商用電源における互いに異なる複数の連系点に接続されている。
【0008】
本開示における電力供給方法は、
単一の熱源から熱を回収することと、
回収した熱を電力に変換することと、
複数の出力線を通じて、生成された電力を商用電源の互いに異なる複数の連系点に供給することと、
を含む。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、連系点における電圧の過上昇を回避しつつ、できる限り多くの電力を商用電源に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
実施形態1における熱発電システムの構成図
低圧配電線路における連系点の位置を示す構成図
低圧配電線路における連系点の別の位置を示す構成図
低圧配電線路における連系点の更に別の位置を示す構成図
実施形態1における熱発電装置の構成図
実施形態1における制御器の制御フローチャート
実施の形態2における熱発電システムの構成図
実施の形態3における熱発電システムの構成図
実施の形態3における熱電変換装置の構成図
実施の形態3における第1インバータ及び第2インバータのための制御ブロック図
変形例における熱電変換装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【0011】
(本開示の基礎となった知見等)
発明者らが本開示に想到するに至った当時、分散型電源の出力電力を抑制することによって、連系点における電圧の過上昇を回避することが一般的であった。言い換えれば、分散型電源は、連系点の電圧の上昇を抑制する機能を備えている。
【0012】
一方、大きい出力電力を持つ分散型電源の連系点を特定の低圧配電線路に設けた場合、系統混雑が頻繁に発生する可能性がある。系統混雑が発生すると、電圧の上昇を抑制する機能が頻繁に働く。つまり、分散型電源からの電力の取り出しを頻繁に抑制又は停止せざるを得ず、エネルギーを有効活用できない。蓄電設備を併設することも考えられるが、大容量の蓄電設備は、極めて高価であり、分散型電源の普及を妨げる。このような知見に基づき、本発明者らは、本開示の主題を構成するに至った。
【0013】
そこで、本開示は、連系点における電圧の過上昇を回避しつつ、できる限り多くの電力を商用電源に供給するための技術を提供する。
【0014】
以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、又は、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【0015】
なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。
【0016】
(実施の形態1)
以下、図1から図4を用いて、実施の形態1を説明する。
【0017】
[1−1.構成]
図1に示すように、熱発電システム100は、第1熱交換器2a、第1熱電変換装置3a、第2熱交換器2b及び第2熱電変換装置3bを備えている。
【0018】
第1熱交換器2a及び第2熱交換器2bは、単一の熱源4から熱を回収する役割を担う。
【0019】
熱源4は、例えば、工場などの設備又は地熱井である。熱源4には、熱流路5が接続されている。熱流路5は、熱源4から排熱口6に向かって加熱媒体を導く流路である。熱源4が工場などの設備であるとき、加熱媒体は、設備から排出された排ガスである。熱源4が地熱井であるとき、加熱媒体は、蒸気又は温水である。熱流路5は、気体の加熱媒体又は液体の加熱媒体を流すためのダクト又は配管である。加熱媒体の状態に応じて、熱流路
5の構造が決まる。
【0020】
第1熱交換器2a及び第2熱交換器2bは、熱流路5に配置されている。第1熱交換器2aは、熱流路5における上流の位置に配置されている。第2熱交換器2bは、熱流路5における下流の位置に配置されている。第1熱交換器2a及び第2熱交換器2bをこの順番に加熱媒体が流れるように、第1熱交換器2a及び第2熱交換器2bの位置関係が定められている。加熱媒体は、熱源4から第1熱交換器2aに流入する。第1熱交換器2aから流出した加熱媒体が第2熱交換器2bに流入する。第2熱交換器2bから流出した加熱媒体が排熱口6に導かれる。このような配列によれば、加熱媒体から効率的かつ十分に熱を回収することができる。
【0021】
第1熱交換器2a及び第2熱交換器2bのそれぞれは、加熱媒体の温度及び加熱媒体の流量に応じて所定の熱量を回収可能に設計されている。第1熱交換器2a及び第2熱交換器2bとしては、フィンアンドチューブ式熱交換器、プレート式熱交換器、シェルアンドチューブ式熱交換器などが挙げられる。
【0022】
第1熱電変換装置3a及び第2熱電変換装置3bは、第1熱交換器2a及び第2熱交換器2bによって回収された熱を電力に変換する役割を担う。第1熱電変換装置3a及び第2熱電変換装置3bは、それぞれ、第1出力線13a及び第2出力線13bを有する。第1出力線13a及び第2出力線13bは、それぞれ、第1連系点P1及び第2連系点P2に接続されている。第1連系点P1及び第2連系点P2は、商用電源8における互いに異なる複数の連系点である。
【0023】
このような構成によれば、発電された電力が特定の連系点に集中することを回避できるので、大出力の単一の出力線が特定の連系点に接続された場合と比較して、第1連系点P1及び第2連系点P2の電圧上昇を抑制できる。そのため、第1熱電変換装置3a及び第2熱電変換装置3bの電圧上昇抑制機能の動作頻度が減少する。電圧上昇抑制機能の動作頻度が減少することによって、できる限り多くの電力を取り出すことができ、回収したエネルギーの有効活用が可能となる。
【0024】
第1熱電変換装置3a及び第2熱電変換装置3bは、それぞれ、電圧上昇抑制機能を有する。電圧上昇抑制機能とは、連系点の電圧を監視し、連系点の電圧が閾値電圧(例えば、107V)を超えないように出力電力を調節する機能である。電圧上昇抑制機能を実現するべく、熱発電システム100は、複数の連系点のそれぞれの電圧を検出する電圧検出器を有しうる。
【0025】
本実施の形態の熱発電システム100は、複数の出力線として、第1熱電変換装置3aの出力線である第1出力線13a、及び、第2熱電変換装置3bの出力線である第2出力線13bを含む。熱電変換装置と出力線とが1対1で対応しているので、大出力の単一の熱電変換装置から複数の出力線を取り出す場合と比較して、出力電力の調節は容易である。
【0026】
商用電源8は、高圧配電線路10、第1変圧器7a、第1低圧配電線路9a、第2変圧器7b及び第2低圧配電線路9bを有する。高圧配電線路10は、例えば、三相三線の6600Vの交流送電線である。第1低圧配電線路9a及び第2低圧配電線路9bのそれぞれは、例えば、単相三線の200V(及び100V)の交流送電線である。第1変圧器7a及び第2変圧器7bのそれぞれは、柱上変圧器又は地上変圧器である。第1変圧器7aを介して、第1低圧配電線路9aが高圧配電線路10に接続されている。第2変圧器7bを介して、第2低圧配電線路9bが高圧配電線路10に接続されている。第1低圧配電線路9a及び第2低圧配電線路9bは、同一の工場内の配電線路であってもよく、市街地に
おける配電線路であってもよい。タップ切換え等によって第1低圧配電線路9a及び第2低圧配電線路9bのそれぞれにおいて電圧の維持管理が実施されうるという意味において、第1低圧配電線路9a及び第2低圧配電線路9bは互いに独立している。
【0027】
第1連系点P1は、第1変圧器7aに接続された第1低圧配電線路9aにおける連系点である。第2連系点P2は、第2変圧器7bに接続された第2低圧配電線路9bにおける連系点である。このような構成によれば、第1熱電変換装置3a及び第2熱電変換装置3bは、それぞれ、第1低圧配電線路9a及び第2低圧配電線路9bに電力を供給できる。
【0028】
本実施の形態では、第1低圧配電線路9aに第1連系点P1のみが存在する。第2低圧配電線路9bに第2連系点P2のみが存在する。つまり、低圧配電線路と連系点とが1対1で対応している。このような構成によれば、各低圧配電線路の電圧の過上昇を回避しつつ、各低圧配電線路に電力を供給するための制御が容易である。
【0029】
図2Aから図2Cは、第1低圧配電線路9aにおける第1連系点P1の位置を示す構成図である。第1低圧配電線路9aにおける第1連系点P1の位置に関する以下の説明は、第2低圧配電線路9bにおける第2連系点P2の位置の説明にも適用される。
【0030】
図2Aに示すように、第1連系点P1は、第1低圧配電線路9aの末端部に位置していてもよい。第1低圧配電線路9aには、複数の負荷12が接続されている。第1変圧器7aから第1連系点P1までの配線の距離は、第1変圧器7aから複数の負荷12のそれぞれまでの配線の距離よりも長い。例えば、第1変圧器7aから遠い位置に大きい負荷12が存在する場合、第1低圧配電線路9aの末端部に第1連系点P1を置くことによって、第1連系点P1の電圧の過上昇を回避しやすい。
(【0031】以降は省略されています)

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