図面 (/)

技術 変電システム及び変電所

出願人 株式会社東芝
発明者 谷口嘉信丸島敬
出願日 2013年6月13日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2013-124646
公開日 2015年1月5日 (4年9ヶ月経過) 公開番号 2015-002576
状態 未査定
技術分野 特殊な電動機、発電機 一般用変成器の冷却 熱電素子 配電盤
主要キーワード 変電室 変電システム 大型ビル 絶縁性冷媒 送配電線路 作動機器 炭酸ガス排出量 AC変換装置
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年1月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

変電機器において発生した熱を変電所等において有効利用することが可能な変電システムを提供する。

解決手段

実施形態によれば、変電システム1は、変電所等に設けられて通電により熱が発生する変電機器10と、同じく変電所等に設けられて電力の供給を受けて作動する電力作動機器51,56とを有している。さらに、変電システム1は、変電機器10が発生した熱を、熱電変換素子直流電力に変換することにより発電する熱電発電装置20と、熱電発電装置20により発電された直流電力を蓄える蓄電装置30と、蓄電装置30からの直流電力を、直流電力又は交流電力にして電力作動機器51,56に供給する電力供給部40とを備える。

概要

背景

変圧器開閉器等、通電により熱(ジュール熱)を発生する機器、いわゆる変電機器が、変電所開閉所(以下、変電所等と記す)に設けられている。変電機器においては、一般的に、発生した熱を外部に排出することにより、通電時の温度を所定の許容温度以下に保つことが求められている。

このため、変電所等においては、変圧器や開閉器が通電により発生した熱を、電気絶縁性を有する絶縁性冷媒(以下、絶縁性冷媒と記す)を介して大気中に排出するのが一般的である。なお、このような絶縁性冷媒には、SF6(六フッ化硫黄ガス炭酸ガスオイル絶縁油)等が用いられている。

ところで、上述したような変電機器が設置されている変電所等において、変電機器から排出される熱を有効に利用して、変電機器を含むシステム全体としての炭酸ガス排出量の削減を図ることが求められている。例えば、下記の特許文献1には、変圧器の排熱により温水を生成して、当該温水を給湯暖房用として利用する技術が提案されている。

概要

変電機器において発生した熱を変電所等において有効利用することが可能な変電システムを提供する。実施形態によれば、変電システム1は、変電所等に設けられて通電により熱が発生する変電機器10と、同じく変電所等に設けられて電力の供給を受けて作動する電力作動機器51,56とを有している。さらに、変電システム1は、変電機器10が発生した熱を、熱電変換素子直流電力に変換することにより発電する熱電発電装置20と、熱電発電装置20により発電された直流電力を蓄える蓄電装置30と、蓄電装置30からの直流電力を、直流電力又は交流電力にして電力作動機器51,56に供給する電力供給部40とを備える。

目的

本発明の実施形態は、変電機器が発生した熱を変電所等において有効に利用することが可能なシステムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

変電所又は開閉所に設けられており、通電により熱が発生する機器である変電機器と、変電所又は開閉所に設けられており、電力の供給を受けて作動する機器である電力作動機器と、前記変電機器が発生した熱を、熱電変換素子直流電力に変換することにより発電する熱電発電装置と、前記熱電発電装置により発電された直流電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置からの直流電力を、直流電力又は交流電力にして前記電力作動機器に供給する電力供給部と、を備えることを特徴とする変電システム

請求項2

前記電力供給部は、前記蓄電装置から前記電力作動機器に供給される直流電力を制御可能なDC系制御装置を含むことを特徴とする請求項1に記載の変電システム。

請求項3

前記電力供給部は、前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換するDC−AC変換装置と、前記DC−AC変換装置から前記電力作動機器に供給される交流電力を制御可能なAC系制御装置と、を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の変電システム。

請求項4

前記変電機器は、変圧器又は開閉器を有する機器本体と、当該機器本体内において生じた熱を放熱する放熱部とを有し、前記熱電発電装置は、複数の熱電変換素子を有する熱電素子部と、冷却水により当該熱電素子部を冷却する水冷部とを有し、前記熱電素子部は、前記水冷部と前記放熱部との間に介在して設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の変電システム。

請求項5

変電所に設けられており、通電により熱が発生する機器である変電機器と、変電所に設けられており、電力の供給を受けて作動する機器である電力作動機器と、前記変電機器が発生した熱を、熱電変換素子が直流電力に変換することにより発電する熱電発電装置と、前記熱電発電装置により発電された直流電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置からの直流電力を、直流電力又は交流電力にして前記電力作動機器に供給する電力供給部と、を備えることを特徴とする変電所。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、変圧器開閉器等において通電により発生した熱を、変電所等において利用する技術に関する。

背景技術

0002

変圧器や開閉器等、通電により熱(ジュール熱)を発生する機器、いわゆる変電機器が、変電所や開閉所(以下、変電所等と記す)に設けられている。変電機器においては、一般的に、発生した熱を外部に排出することにより、通電時の温度を所定の許容温度以下に保つことが求められている。

0003

このため、変電所等においては、変圧器や開閉器が通電により発生した熱を、電気絶縁性を有する絶縁性冷媒(以下、絶縁性冷媒と記す)を介して大気中に排出するのが一般的である。なお、このような絶縁性冷媒には、SF6(六フッ化硫黄ガス炭酸ガスオイル絶縁油)等が用いられている。

0004

ところで、上述したような変電機器が設置されている変電所等において、変電機器から排出される熱を有効に利用して、変電機器を含むシステム全体としての炭酸ガス排出量の削減を図ることが求められている。例えば、下記の特許文献1には、変圧器の排熱により温水を生成して、当該温水を給湯暖房用として利用する技術が提案されている。

先行技術

0005

特開2007−134519公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかし、上述した変電機器から排出される熱を温水にして変電所等の外に供給する場合、当該温水の供給先は、変電所等の近隣にある必要がある。変電所等は、都市部や住宅地から離れた場所にある場合が多く、この場合、変電所において生じさせた温水を、変電所から遠く離れた住宅等に供給することは困難である。変電機器の排熱を温水として利用する場合、変電機器の設置場所が都市部や住宅地に限定される。

0007

また、変電所等においては、給湯や暖房用としての温水の利用量が限られているため、変電所等において変電機器が発生した熱を温水にしても、これを有効に利用することができないという問題がある。このため、変電所等においては、通電により変電機器が発生した熱を、より有効に利用する技術が要望されている。

0008

そこで、本発明の実施形態は、変電機器が発生した熱を変電所等において有効に利用することが可能なシステム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

0009

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態の変電システムは、変電所又は開閉所に設けられており、通電により熱が発生する機器である変電機器と、変電所又は開閉所に設けられており、電力の供給を受けて作動する機器である電力作動機器と、前記変電機器が発生した熱を、熱電変換素子直流電力に変換することにより発電する熱電発電装置と、前記熱電発電装置により発電された直流電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置からの直流電力を、直流電力又は交流電力にして前記電力作動機器に供給する電力供給部と、を備えることを特徴とする。

0010

また、本発明の実施形態の変電所は、変電所に設けられており、通電により熱が発生する機器である変電機器と、当該変電所に設けられており、電力の供給を受けて作動する機器である電力作動機器と、前記変電機器が発生した熱を、熱電変換素子が直流電力に変換することにより発電する熱電発電装置と、前記熱電発電装置により発電された直流電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置からの直流電力を、直流電力又は交流電力にして前記電力作動機器に供給する電力供給部と、を備えることを特徴とする。

発明の効果

0011

本発明の実施形態の変電システムによれば、変電機器において発生した熱を熱電変換素子が電力に変換して蓄電装置に蓄え、当該電力を、電力供給部が変電所等に設けられた電力作動機器に供給するものとしたので、変電機器が発生した熱エネルギ電気エネルギに変換して、当該電気エネルギを当該変電機器が設けられている変電所等において有効利用することができる。

図面の簡単な説明

0012

実施形態の変電システムの構成を示す模式図である。
実施形態の変電システムのうち熱電変換素子の周辺構成を示す模式図である。

実施例

0013

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

0014

本実施形態の変電システムの構成について図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施形態の変電システムの構成を示す模式図である。図2は、本実施形態の変電システムのうち熱電変換素子の周辺構成を示す模式図である。

0015

本実施形態の変電システム1は、電力を転送するための機能を備えた施設である変電所(substation)に設けられている。図1に示すように、当該変電システム1は、変圧器や開閉器等、変電所に設けられて高電圧電流が通電することにより熱が発生する変電機器10を有している。なお、変電システム1は、送配電線路の途中に設けられて線路一部区間を除去又は投入を行う施設である開閉所(switching station)に適用するものとしても良い。

0016

本実施形態の変電機器10は、機器本体としての変圧器本体12と、変圧器本体12から発生した熱を放熱する放熱部14を有している。変圧器本体12は、通電によりジュール熱が発生し、且つ所定の許容温度以下に保つことが求められている。このため、変圧器本体12を収容するハウジン内には、絶縁性冷媒が充填されている。本実施形態において絶縁性冷媒には、炭酸ガスが用いられている。変電機器10の変圧器本体12が通電しているとき、絶縁性冷媒は、変圧器本体12が発生した熱を受ける。熱を受けた絶縁性冷媒は、放熱部14に流れる。

0017

放熱部14は、絶縁性冷媒の熱を放熱する熱交換器として構成されている。放熱部14は、図2に矢印Gで示すように、絶縁性冷媒が貫流可能に構成されている。放熱部14は、高温の絶縁性冷媒を導入する導入配管16と、絶縁性冷媒を排出する排出配管18が接続されている。放熱部14は、導入配管16から流入した絶縁性冷媒の熱を、後述する熱電素子部22に向けて放熱する。放熱されて比較的低温となった絶縁性冷媒は、排出配管18から変圧器本体12に向けて流れる。変電機器10は、絶縁性冷媒が変圧器本体12と放熱部14とを循環するよう構成されている。

0018

また、変電システム1には、変電所に設けられており、電力の供給を受けて作動する機器(以下、電力作動機器と記す)51,56が設けられている。本実施形態において、電力作動機器51,56には、直流電力の供給を受けて作動する機器(以下、DC作動機器と記す)51と、交流電力の供給を受けて作動する機器(以下、AC作動機器と記す)56がある。これら電力作動機器51,56は、変電機器10の周辺に設けられた、いわゆる周辺機器である。このような電力作動機器51,56には、変電機器10において絶縁性冷媒を循環させるためのブロワー、開閉器を動作させるためのモータ及び電磁石、各種部品氷結を防止するためのヒータ等がある。これらの電力作動機器51,56は、後述する蓄電装置30から電力の供給を受ける。

0019

また、変電システム1は、変電機器10からの熱を、熱電発電(thermoelectric generation)により電力に変換する熱電発電装置20を有している。熱電発電装置20は、複数の熱電変換素子を有する部分(以下、単に「熱電素子部」と記す)22と、冷却水により熱電素子部22を冷却する水冷部24とを有している。熱電素子部22は、当該水冷部24と、変電機器10の放熱部14との間に介在して設けられている。

0020

熱電素子部22は、図2に示すように、複数の熱電変換素子(thermoelectric transducer)21を収容している。熱電変換素子21は、いわゆるゼーベック効果を利用して、熱エネルギを電気エネルギに変換する素子である。熱電変換素子21は、一端を高温にし、他端を低温にして温度差を生じさせることにより、起電力が生じる。なお、熱電変換素子21を構成する半導体の材料には、例えば、ビスマステルル(Bi−Te)系材料や、シリコンゲルマニウム(Si−Ge)系材料等用いることができる。

0021

熱電変換素子21は、熱電素子部22において所定の方向(以下、単に「長手方向」と記す)に複数配列されている。各熱電変換素子21は、平板状をなしており、高温側の端面21aを放熱部14側に向けて、低温側の端面21cを水冷部24側に向けて配置されている。このように構成された熱電素子部22は、図1及び図2に示すように、高温側の端面22aが放熱部14に接続されており、低温側の端面22cが、水冷部24に接続されている。

0022

水冷部24は、冷却水により熱電素子部22を冷却する熱交換器として構成されている。水冷部24は、図2に矢印Cで示すように、冷却水が貫流可能に構成されている。水冷部24には、冷却水を導入する導入配管26と、温水となった冷却水を外部に排出する排出配管28が接続されている。水冷部24は、熱電変換素子21を低温側の端面21cから冷却するよう、当該熱電素子部22の低温側の端面22cに接続されている。導入配管26は、冷水入口25から冷却水を取り入れて水冷部24に送る。水冷部24において冷却に用いられ、熱電素子部22から熱を受けて温水となった冷却水は、排出配管28を通って温水出口29から排出される。

0023

なお、冷水入口25と、温水出口29との間に、図示しない熱交換器を接続して、水冷部24において温水となった冷却水が、当該熱交換器と水冷部24との間で循環するよう構成するものとしても良い。

0024

放熱部14に絶縁性冷媒を貫流させると共に、水冷部24に冷却水を貫流させる。これにより、熱電素子部22の各熱電変換素子21には、高温側の端面21aと低温側の端面21cとの間に温度差を生じさせる。各熱電変換素子21には、当該温度差により熱起電力を発生する。図1に示すように、熱電発電装置20は、水冷部24と放熱部14との間に設けられた熱電素子部22において、放熱部14からの熱を熱電変換素子21により直流電力に変換することにより発電している。

0025

なお、本実施形態の熱電発電装置20において、熱電素子部22、水冷部24、冷水入口25、導入配管26、排出配管28、及び温水出口29は、一つのユニットとして一体に結合されている。このように構成された熱電発電装置20は、変電機器10に対して取り付け可能に構成されている。具体的には、変電機器10の放熱部14に、熱電素子部22をボルトにより固定することにより、熱電発電装置20を変電機器10に取り付けることが可能となっている。なお、熱電発電装置20を構成するユニットに、冷水入口25と温水出口29との間に設けられた熱交換器(図示せず)や、蓄電装置30を含むものとしても良い。

0026

また、変電システム1は、上述した熱電発電装置20の熱電素子部22が発生した電力を蓄える装置(以下、蓄電装置と記す)30を有している。蓄電装置30は、熱電素子部22と電気ケーブル6を介して電気的に接続されており、熱電素子部22が発電した直流電力を蓄電可能に構成されている。蓄電装置30には、例えば、二次電池電気二重層キャパシタを用いることができる。蓄電装置30は、蓄えられた電力を、電力作動機器51,56に向けて供給する。

0027

また、変電システム1は、電力作動機器51,56に電力を供給する機能(以下、電力供給部と記す)40を有している。本実施形態において、電力供給部40は、蓄電装置30からDC作動機器(電力作動機器)51への直流電力の供給を制御可能な制御装置(以下、DC系制御装置と記す)41を有している。蓄電装置30からDC作動機器51には、DC系制御装置41を介して直流電力が供給される。DC系制御装置41は、DC作動機器51の作動/非作動を制御可能に構成されている。これにより、電力供給部40においては、図に二点鎖線矢印Aで示すように、蓄電装置30からのDC作動機器51に直流電力を供給することが可能となっている。

0028

加えて、電力供給部40は、蓄電装置30からの直流電力を交流電力に変換する装置(以下、DC−AC変換装置と記す)44と、DC−AC変換装置44からAC作動機器(電力作動機器)56への交流電力の供給を制御可能な制御装置(以下、AC系制御装置と記す)46とを有している。蓄電装置30からAC作動機器56には、DC−AC変換装置44及びAC系制御装置46を介して電力が供給される。DC−AC変換装置44は、AC系制御装置46により制御されて、蓄電装置30からの直流電力を交流電力に変換する。AC系制御装置46は、DC−AC変換装置44からAC作動機器56への電力供給を制御する。すなわち、AC系制御装置46は、AC作動機器56の作動/非作動を制御可能に構成されている。このようにして、電力供給部40においては、図に二点鎖線矢印Bで示すように、蓄電装置30からの直流電力を交流電力に変換し、AC作動機器56に供給することが可能となっている。

0029

以上に説明したように、本実施形態の変電システム1は、変電所(又は開閉所)に設けられており、通電により熱が発生する機器である変電機器10と、同じく変電所(又は開閉所)に設けられており、電力の供給を受けて作動する機器である電力作動機器51,56とを有している。さらに、変電システム1は、変電機器10が発生した熱を、熱電変換素子21が直流電力に変換することにより発電する熱電発電装置20と、熱電発電装置20により発電された直流電力を蓄える蓄電装置30と、蓄電装置30からの直流電力を、直流電力又は交流電力にして電力作動機器51,56に供給する電力供給部40とを備えるものとした。

0030

変電機器10において発生した熱を熱電変換素子21が電力に変換して蓄電装置30に蓄え、当該電力を、電力供給部40が変電所(又は開閉所)に設けられた電力作動機器51,56に供給するものとした。これにより、変電システム1は、変電機器10が発生した熱エネルギを電気エネルギに変換して、当該電気エネルギを当該変電機器10が設けられている変電所等において有効利用することができる。

0031

なお、上述した本実施形態において、変電システム1は、蓄電装置30からの直流電力をDC作動機器51に供給するDC系制御装置41と、蓄電装置30からの直流電力を交流電力に変換してAC作動機器56に供給するDC−AC変換装置44及びAC系制御装置46とを有するものとしたが、本発明に係る電力供給部の態様は、これに限定されるものではない。電力供給部は、DC系制御装置41のみを有するものとすることができる。また、電力供給部は、DC系制御装置41を有することなく、DC−AC変換装置44とAC系制御装置46を有するものとすることもできる。

0032

また、上述した本実施形態において、熱電素子部22は、その低温側を水冷部24により冷却するものとしたが、本発明に係る熱電素子部の低温側を冷却する態様は、これに限定されるものではない。熱電素子部の低温側を所定の温度まで冷却することができれば良く、例えば、強制空冷により熱電素子部の低温側を冷却することも可能である。

0033

また、上述した本実施形態において、変電機器10を冷却する絶縁性冷媒は、炭酸ガスを用いるものとしたが、本発明に係る絶縁性冷媒は、これに限定されるものではない。絶縁性冷媒には、例えば、SF6(六フッ化硫黄)ガスや、CFC−12(ジクロロフルオロメタン)やCFC−11(トリクロロフルオロメタン)等、様々な絶縁性冷媒を用いることが可能である。

0034

なお、上述した本実施形態の変電機器10は、変圧器であるものとしたが、本発明に係る変電機器の態様は、これに限定されるものではない。変電機器10は、変電所又は開閉所に設けられており、通電により熱(ジュール熱)が発生するものであれば良い。例えば、本発明に係る変電機器は、電気回路開閉に用いる開閉器、交流電力を直流電力に変換する変換器等であるものとすることもできる。また、変電機器は、機器本体として変圧器と開閉器との双方を有しているものとしても良い。

0035

また、上述した本実施形態の変電システム1は、変電所に設けられているものとしたが、変電システムが設けられている施設は、変電所に限定されるものではない。本発明に係る変電システムは、開閉所に設けられているものとしても良い。また、変電システムは、大型ビルディング変電室に設置されるものとしても良い。なお、本実施形態の変電システムが適用される変電所等の場所は、山間部のみならず、都市部や住宅地にあるものにも適用することができる。

0036

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明と均等の範囲に含まれる。

0037

1変電システム
10変電機器
12変圧器本体
14放熱部(熱交換器)
20熱電発電装置
21熱電変換素子
22熱電素子部
24水冷部
25冷水入口
26導入配管
28排出配管
29温水出口
30蓄電装置
40電力供給部
41DC系制御装置
44 DC−AC変換装置
46 AC系制御装置
51 DC作動機器(電力作動機器)
56 AC作動機器(電力作動機器)

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ